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Nobel de Física con sello mexicano

Guillermo Cárdenas Guzmán| El Universal
00:10Lunes 09 de diciembre de 2013

Englert y Higgs propusieron en 1964 la existencia de una partícula elemental que explicaría por qué los objetos adquieren masa. (Foto: Especial )

El trabajo de científicos del país en uno de los detectores del CERN contribuyó al hallazgo del elusivo bosón de Higgs

El Premio Nobel de Física, que mañana recibirán François Englert y Peter Higgs en Estocolmo, tiene un sello mexicano, pues científicos del país participaron desde 2006 en el diseño y operación de uno de los detectores con los que se confirmó la existencia del enigmático bosón de Higgs.

Englert y Higgs propusieron en 1964 la existencia de una partícula elemental que explicaría por qué los objetos adquieren masa. Sin embargo, nadie la había podido observar. Fue hasta 2012 cuando los detectores CMS y ATLAS del Gran Colisionador de Hadrones (LHC) en Europa lo confirmaron.

Con ambos detectores, los físicos que laboran en el LHC -un gigantesco anillo subterráneo de 27 kilómetros de circunferencia donde se hacen chocar particulas a velocidades cercanas a la de la luz- corroboraron la hipótesis de Peter Higgs.

El equipo del LHC donde participan aproximadamente 8 mil científicos de todo el mundo incluye a decenas de mexicanos. En el diseño y operación de los componentes del CMS (Solenoide Compacto de Muones) participan investigadores de la Universidad de Guanajuato; la Iberoamericana; las autónomas de Puebla y San Luis Potosí; el Instituto Tecnológico de Morelia y el Cinvestav.

"La precisión de los detectores de silicio localizados en el CMS es increíble, pueden decir dónde ocurrió una colisión de partículas en un rango de alrededor de 15 micrones" (milésimas de milímetro), comenta Eduard de la Cruz Burelo, del Centro de Investigación y Estudios Avanzados (Cinvestav).

El académico, uno de los 15 científicos del Cinvestav que han laborado en el CMS, explica que una sola institución no podría construir un detector tan grande como éste ni sus subdetectores, debido a los elevados costos (millones de dólares). Por eso la colaboración internacional resultó esencial.

Haces, cámara... acción!

De la Cruz describe la función de los detectores de silicio del CMS con la analogía del obturador de una cámara fotográfica, que controla el tiempo de exposición a la luz de los objetos enfocados. Pero a diferencia de éste, los detectores deben mantenerse encendidos para registrar a súper velocidad los eventos al interior del LHC.

"A diferencia del obturador de una cámara que abre y cierra, nosotros siempre tenemos encendido el detector y cuando se da un evento (como una colisión), lo cerramos rápidamente para hacer un congelamiento y guardamos esa información", explica el físico.

El reto es enorme, pues dentro del tubo de magnetos superconductores donde se hacen circular los hadrones (partículas subatómicas como protones o neutrones) se producen 40 millones de señales cada segundo. Pero los equipos de cómputo sólo puede almacenar las imágenes de 100 por segundo.

La precisión y velocidad de los detectores resultan entonces factores cruciales para discernir la información, pues estos "avisan" a los físicos en qué momento se produjo un evento relevante, que valga la pena registrar por aportar claves para entender las interacciones de materia y energía a ese nivel subatómico.

"Podemos seleccionar aquellas fotos que nos sirven para buscar cosas nuevas", apunta el físico del Cinvestav. Estos datos, señala un comunicado del CERN (Organización Europea para la Investigación Nuclear) ayudan a los científicos a responder preguntas fundamentales de la física.

Entre dichas preguntas están: ¿de qué está hecho el universo y qué fuerzas interactúan en él? ¿Qué le da sustancia a todas las cosas? Y además de buscar el rastro de nuevos fenómenos o partículas -como la de Higgs- el CMS también podra medir con gran precisión otros que ya han sido descubiertos.

Red de cómputo

"Todo el detector llamado outer tracker, ubicado en la parte externa del CMS, está construido de pequeños bloques de silicio de unos 20 centímetros de largo por 10 de ancho", informa por su parte el doctor Heriberto Castilla, también del Cinvestav y líder del equipo de científicos que colaboró en el CMS.

Cuando pasa una partícula, explica, produce un desbalance que da lugar a cargas eléctricas positivas y negativas en una zona de vacío previamente generada en el detector mediante una corriente. Esta es la forma básica en que se registran los pulsos que definen las trayectorias. 

Esta participación de los científicos mexicanos no se limitó a apoyar en el diseño y construcción de los detectores de silicio. Para operarlos e interpretar sus resultados fue necesario desarrollar una súper red de cómputo, además del software para interpretar los resultados.

"Mi colega Alberto Sánchez (del Cinvestav) trabaja desde 2004 en el sistema de distribución de datos en la grid (red de cómputo) y desde 2010 soy responsable de EvtGen, un software que simula las colisiones de protones y la creación de partículas", refiere Eduard de la Cruz.

Este tipo de colaboración beneficia a la ciencia y tecnología en México no sólo porque abre el camino para aprovechar las tecnologías de los detectores en otras áreas, como el diagnóstico médico. También contribuye a la formación de estudiantes y recursos humanos altamente capacitados.

"Los estudiantes de posgrado en física del país pueden acceder a este tipo de experimentos y aprovechar el conocimiento que generan. No tienen que desplazarse al otro lado del mundo para participar en experimentos de punta", considera el doctor de la Cruz.

La pieza faltante

La existencia del elusivo bosón de Higgs, la partícula necesaria para completar el rompecabezas del modelo estándar de la física moderna, fue rastreada de manera independiente en 2012 por dos de los cuatro grandes detectores del LHC: el ATLAS y el CMS.

En el CMS el bosón fue hallado en el rango de energía de 125 Gigaelectronvolts, un valor que lo hace 130 veces más masivo que el protón. El nivel de certeza del hallazgo -4.9 sigma- significaba que la posibilidad de tener esta lectura por azar era de una en dos millones.

En el otro detector, el ATLAS, se observó también una partícula consistente con el Higgs en el rango de 126 Gigaelectronvolts con un nivel de certeza de 5 sigma (una probabilidad entre tres millones de que el resultado fuese sólo "ruido").

En el LHC -que será reiniciado a fines de 2014- hay otros dos grandes detectores: LHCb y ALICE, que no tuvieron relación con el hallazgo del Higgs. En el último participan también investigadores mexicanos liderados por Gerardo Hererera Corral, del Cinvestav.

 

kal 



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