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miércoles, 6 de noviembre de 2013

El gran colisionador de hadrones

¿Cómo surgió el universo en el que vivimos? ¿De qué está compuesta la materia? Estas son preguntas que la humanidad ha tratado de responder durante muchas generaciones. Una buena cantidad de explicaciones se han dado para responder estos interrogantes, pero solo hasta el siglo pasado surgió una que se muestra como la correcta: El universo y la materia como la conocemos fueron creadas por una gran explosión o “Big Bang”. Toda la energía existente se encontraba reunida en un solo punto, al estallar y expandirse creó todas las estrellas, planetas, galaxias y demás componentes del universo.

Ahora, ¿Cómo se demuestra que esta explicación es la correcta? La ciencia se basa en la observación y experimentación para explicar los fenómenos que ocurren en nuestra realidad. En el caso del universo, las observaciones de los astrónomos mostraron que éste se encuentra en continua expansión, tal como si fuera un globo, llevando a la conclusión de que en un punto en el tiempo, hace millones de años, el universo era muy pequeño y muy caliente, generando posteriormente una gran explosión.

Sin embargo, para entender mejor este fenómeno se requería de la experimentación, pero ¿Cómo se puede experimentar en algo como el origen del universo? Pues esa es la tarea del gran colisionador de hadrones (LHC – Large Hadron Collider), el más grande y más ambicioso proyecto científico de la humanidad. El LHC es un anillo de imanes, ubicado 100 metros bajo tierra en un túnel de 27 kilómetros de circunferencia en el laboratorio europeo para la investigación nuclear CERN, cerca de Ginebra, Suiza, donde laboran miles de físicos, ingenieros y técnicos. Su objetivo es acelerar protones a una velocidad cercana a la luz, y hacer que estos colisionen, lo que produce la liberación de sub-partículas y grandes cantidades de energía, las cuales permiten simular a escala muy pequeña los primeros instantes del universo. La temperatura alcanzada en esta reacción es de 15 millones de grados centígrados, o el equivalente a 100 mil veces la temperatura del centro del sol. Los imanes del LHC funcionan a una temperatura de 271 grados centígrados bajo cero, lo que lo convierte en el lugar más frío del universo conocido.

Las colisiones dentro del LHC se realizan principalmente en cuatro experimentos llamados CMS, ATLAS, LHCb y ALICE. Uno de los objetivos finales de los experimentos es encontrar nuevos subcomponentes del átomo, tales como el Bosón de Higgs, hallado recientemente en CMS y ATLAS y que nos ha permitido entender mejor como está constituida la materia.

El último de estos experimentos, ALICE, tiene la tarea de estudiar cómo las partículas elementales interaccionan bajo la influencia de una de las fuerzas fundamentales de la naturaleza, llamada “fuerte”. En ALICE se genera una cantidad tan grande de información por segundo (3 Terabytes), que es imposible almacenar cada detalle. Por esto es necesario analizar y escoger solo los datos más relevantes. Aun así, si se decidiera almacenar en CDs la información relevante recopilada cada año y se decidiera apilarlos uno encima del otro, al final tendrían una altura de 4 kilómetros.
El sistema encargado de realizar esta selección es un conjunto de equipos computacionales llamado High Level Trigger (HLT). HLT analiza, selecciona y comprime los datos de las colisiones que luego son enviados a centros de investigación alrededor del mundo para ser analizados por físicos. El HLT está compuesto por cientos de computadores y dispositivos embebidos, trabajando sincronizadoramente para reducir la cantidad de información a analizar. Este sistema está diseñado y administrado por varios centros de investigación en el mundo, uno de ellos en la Universidad Goethe de Frankfurt, donde laboran dos ingenieros de sistemas colombianos, Camilo Lara y Andrés Gómez. Su labor principal consiste en diseñar y administrar los equipos de cómputo, dispositivos físicos de captura y compresión de datos, entre otros, como también en participar en la especificación de las actualizaciones que se realizan al experimento cuando este se encuentra apagado, donde comúnmente se incrementa la potencia y la precisión de la maquinaria.

Por otro lado el CERN ha tenido contacto con físicos teóricos en Colombia por varios años. En 1993, un acuerdo de cooperación fue firmado entre el CERN y el departamento administrativo de ciencia, tecnología e innovación, COLCIENCIAS. Una visita a Colombia en 2005 brindó la oportunidad de activar la colaboración experimental con el CERN y el programa HELEN (2005-2009), permitiendo a varios jóvenes Colombianos trasladarse al laboratorio en suiza. Un grupo de la Universidad de los Andes en Bogotá fue posteriormente aceptado en CMS Collaboration y otro grupo de la Universidad Antonio Nariño, también de Bogotá, se unió a ATLAS en 2007. Ningún grupo de investigación en Colombia participa actualmente en ALICE, así como no hay colaboración de universidades públicas colombianas con CERN.