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1 de Abril de 2011
Altas energías

Viaje a la escala electrodébil

Por qué el Gran Colisionador de Hadrones del CERN deberá encontrar nueva física.

ATLAS/CERN

En síntesis

El Gran Colisionador de Hadrones del CERN experimentará a energías equiparables a las que se alcanzaron unos 10–13 segundos después de la gran explosión. Ello permitirá estudiar la materia a distancias del orden de la diezmilésima parte del tamaño de un protón.

Se sabe que a tales energías habrán de observarse fenómenos nuevos, ya se trate de la partícula de Higgs o de interacciones hasta ahora desconocidas. En cualquier caso, el mecanismo responsable de la ruptura de simetría electrodébil debería manifestarse a esa escala.

No solo se espera completar el modelo estándar de la física de partículas. El LHC también podría hallar partículas supersimétricas o aquellas que componen la materia oscura. Varios indicios apuntan a la posibilidad de que ambas aparezcan a la escala del teraelectronvoltio.

El Gran Colisionador de Hadrones (LHC) del CERN, cerca de Ginebra, comenzó a acelerar protones a principios de 2010. La energía de sus experimentos supera a la alcanzada jamás en cualquier otro acelerador. Por primera vez, será posible estudiar las fuerzas de la naturaleza entre partículas elementales a distancias del orden de 10-19 metros: la diezmilésima parte del diámetro de un protón. Esta distancia, la escala electrodébil, desempeña un papel fundamental en la física de partículas: cuando dos partículas se acercan a distancias de ese orden, la fuerza electromagnética y la interacción débil comienzan a comportarse de manera similar.

Según el principio de incertidumbre de Heisenberg, para estudiar las fuerzas que actúan entre partículas elementales se requiere una energía mayor cuanto menores sean las distancias a las que se investiga. La escala electrodébil se corresponde aproximadamente con una energía de un teraelectronvoltio (TeV, o 1012 electronvoltios), una energía unas mil veces mayor que la asociada a la masa de un protón. Unos 10-13 segundos después de la gran explosión, el universo se enfrió hasta alcanzar una temperatura equivalente a la energía de un TeV. De esta manera, gracias a los grandes aceleradores de partículas resulta posible investigar la evolución del universo «en dirección contraria»: a energías cada vez más altas y distancias cada vez más cortas. Cuestiones como la asimetría cósmica entre materia y antimateria o la existencia de materia oscura constituyen, con toda probabilidad, vestigios de esa prehistoria. A ambas les debe el universo su existencia y estructura actuales. Sin embargo, el modelo estándar no logra explicar ninguno de los dos fenómenos.

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