Las Partículas Elementales

Biografia de Carlo Rubbia El Fisico de los Bosones

Biografia de Carlo Rubbia Fisico de los Bosones

Rubbia, Carlo. (Gorizia, 1934.) Físico italiano. Estudió Física en la Universidad de Pisa, doctorándose en 1957. Trabajó en dicha Universidad, en la de Columbia (Nueva York), en la de Roma (1960) y en la de Harvard (1970).

Desde 1962 ha trabajado en el Centro Europeo de Investigaciones Nucleares (C.E.R.N.), en Ginebra. También ha colaborado (1969-78) con el Laboratorio Acelerador Nacional Fermi de Chicago (Fermilab).

En 1973, un equipo dirigido por Rubbia en el C.E.R.N. y el Fermilab descubrió la existencia de interacciones débiles que no suponían intercambio de carga eléctrica, como todas las que hasta entonces se conocían.

Antes de continuar con la vida del físico, nos preguntamos: ¿Qué son los bosones?.

Desde que el átomo ha entrado con fuerza en el mundo de la física moderna y se ha introducido en los llamados aceleradores de partículas para ser estudiado, descompuesto y sometido a toda una larga serie de experimentos, ha revelado la existencia en su interior de una enorme cantidad de partículas con funciones energéticas bien definidas, si no para nosotros los profanos, al menos para los físicos que se ocupan de ellas.

En uno de estos experimentos, constituidos por la colisión de dos partículas de carga eléctrica opuesta (positiva y negativa), o sea, entre protones y antiprotones, aparecieron los bosones.

¿Por qué se llamaron bosones?… En honor del físico hindú que describió sus particularidades: Satyendranath Bose.

La observación de las partículas W y Z en 1983 por Rubbia y sus colegas les permitió predecir y posteriormente establecer la teoría electrodébil, que aúna las fuerzas electromagnética y nuclear débil. Recibió el premio Nobel de física en 1984, junto con el holandés Van der Meer.

Por entonces se estaba trabajando en la unificación de las fuerzas nuclear débil y electromagnética, y la existencia de estas interacciones débiles neutras exigía la existencia de una partícula fundamental para la interacción débil (un bosón) que no tuviera carga eléctrica.

Compartió en 1984 el Premio Nobel de Física con su colega holandés Simon van der Meer por su descubrimiento de las partículas subatómicas W y Z. Estas partículas transmiten la fuerza nuclear débil, una de las cuatro fuerzas fundamentales de la naturaleza (las otras tres son la fuerza gravitatoria, la electromagnética y la nuclear fuerte).

Steven Weinberg y Abdus Salam habían construído una teoría electrodébil unificada que predecía la existencia de tres bosones diferentes para la interacción débil, que recibieron los nombres de W+, W- y Z°.

Estos bosones tendrían una masa elevada, por lo que su detección estaba fuera del alcance de los aceleradores de partículas de la época.

Carlo Rubbia propuso, para localizarlos, transformar el acelerador de partículas del C.E.R.N. (un sincrotrón de protones), que permitía lanzar protones contra un objetivo fijo, en un acelerador de colisión de haces de partículas, que lanza un chorro de protones contra otro de antiprotones.

Las energías generadas en su desintegración mutua han permitido obtener partículas de masa elevada, entre ellas los tres bosones de la interacción débil.

En 1984, Carlo Rubbia recibió el premio Nobel de Física, que compartió con Simón van der Meer, por su contribución al descubrimiento de las partículas W y Z, mediadoras de la interacción débil.

¿Por qué obtuvieron ambos el galardón?: En el siglo XX, el personaje protagonista cede siempre paso al equipo, a la colaboración entre los individuos, entre distintos expertos en cada sector.

Esto es lo que ha hecho posible tanto la conquista del espacio —macrocosmos—, como la del mundo microscópico —microcosmos—. Los genios aislados, que han sido a lo largo de la historia los protagonistas de una época o una empresa, no pueden darse hoy debido a la complejidad de la tecnología.

Carlo Rubbia ha tenido la genialidad de intuir que algo venía al encuentro de las partículas; el holandés Van der Meer ha hecho posible que se realizara la experiencia.

¿Qué consecuencias trae consigo este descubrimiento?
De estas partículas, sólo se conocían los fotones, después fueron descubiertos los guiones y, por último, los bosones, que hacen presumible la existencia de otras fuerzas todavía «inexplicables».

En Ginebra, se está perfeccionado un acelerador de partículas, el LEP, que será instalado a cien metros de profundidad. Estamos ante una nueva época de desconcertantes descubrimientos.

Veáse también:
Teoría del Campo Unificado
Partículas Elementales
Bosón de Higgs

Fuente Consultada:
Grandes Científicos de la Humanidad Tomo II de la m a z de Manuel Alfonseca Editorial Espasa
¿Por que se hicieron Famosos? Editorial Susaeta

La Maquina de Dios Acelerador de Particulas Mas Grande del Mundo

La Máquina de Dios Acelerador de
Partículas Mas Grande del Mundo

La Organización Europea para ia Investigación Nuclear (CERN, por la sigla original francesa del Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire, o Consejo Europeo para la Investigación Nuclear) es el mayor laboratorio mundial en física de partículas. Sus científicos creen que la partícula subatómica que identificaron en 2012 es el largamente buscado «bosón de Higgs».

«Los resultados con los datos del 2012 son magníficos y para mí está claro que estamos lidiando con un bosón de Higgs, aunque todavía tenemos mucho por delante para saber qué clase de bosón es el Higgs», afirmó Joe Incandela, un físico que dirige uno de los dos principales equipos del CERN (cada unocuenta con la participación de varios miles de científicos). El bosón de Higgs fue pronosticado en 1964 para llenar un vacío en la comprensión de la creación del Universo, que según la mayoría de los expertos ocurrió en una explosión masiva conocida como la Explosión Primordial, también llamada Big Bang.

ACELERADOR DE PARTÍCULAS: Los aceleradores de partículas son máquinas de grandes proporciones que aceleran partículas subatómicas a altísimas velocidades. Luego de movilizarse a gran velocidad las partículas abandonan la máquina para chocar contra el blanco. Dichas partículas o bien fragmentan los átomos del blanco, o bien resultan incorporadas por esos átomos, dando lugar a la formación de átomos más grandes.

Los aceleradores de partículas son las principales herramientas que los físicos nucleares usan para el estudio de la estructura del núcleo del átomo. Normalmente el núcleo contiene varios tipos de partículas, y muchas otras pueden producirse bombardeando los blancos con partículas aceleradas.

El estudio de las partículas elementales o partículas fundamentales, es decir de las partes más simples de la materia, se denomina física de la partículas o física de alta energía. Las partículas alcanzan una energía elevadísima cuando se las acelera en estos aparatos. Los físicos esperan alcanzar una comprensión integral de la naturaleza de la materia ,fisionando el núcleo de los átomos o creando de este modo núcleos nuevos. La mayoría de los aceleradores de partículas son enormes máquinas.

El conducto donde las partículas se aceleran puede ser recto o circular. El acelerador lineal de la Universidad de Stanford, en California, tiene un tubo central recto de 3,2 kilómetros (2 millas) de largo. En los laboratorios de la CERN (European Organization for Nuclear Research), en las afueras de Ginebra, Suiza, se proyecta un acelerador circular de 2,2 kilómetros de diámetro (1,4 millas). A su término quedará a horcajadas sobre el límite con Francia.

El poder de los aceleradores se mide en ELECTRON-VOLTIOS (eV) que es la cantidad de energía infundida a las partículas para acelerarías. Pero las grandes máquinas son tan poderosas que su energía se mide en GeV (gigaelectronvoltio). Un GeV es igual a 1000 millones de eV. Más tarde, se aumentará la potencia de la máquina del CERN y con el tiempo podrá alcanzar los 1000 GeV. Cada máquina puede consumir tanta electricidad como una ciudad entera!

El acelerador de partículas más poderoso jamás construido podría hacer algunos descubrimientos notables, como confirmar la existencia de la materia invisible o de las dimensiones espaciales adicionales, una vez que empiece a funcionar en agosto.

La «Máquina de Dios», como se ha dado en llamar al Gran Colisionador de Hadrones (LHC), tiene por también por finalidad la de desentrañar los enigmas del origen del Universo, es decir, cómo fue que se creó la materia y qué pasó con la antimateria en el momento del Big Bang. Considerado el experimento científico más ambicioso de la historia, el LHC intentará identificar con total certeza los ladrillos fundamentales con que se construyeron las estrellas, los planetas y hasta los seres humanos.

QUE ES UN ACELERADOR DE PARTÍCULAS? Estas enormes máquinas aceleran partículas cargadas (iones) mediante campos electromagnéticos en un tubo hueco en el que se ha hecho el vacío, y finalmente hacen colisionar cada ion con un blanco estacionario u otra partícula en movimiento. Los científicos analizan los resultados de las colisiones e intentan determinar las interacciones que rigen el mundo subatómico. (Generalmente, el punto de colisión está situado en una cámara de burbujas, un dispositivo que permite observar las trayectorias de partículas ionizantes como líneas de minúsculas burbujas en una cámara llena de líquido.)

Las trayectorias de las partículas aceleradas pueden ser rectas, espirales o circulares. Tanto el ciclotrón como el sincrotrón utilizan un campo magnético para controlar las trayectorias de las partículas. Aunque hacer colisionar las partículas unas contra otras puede parecer inicialmente un método un tanto extraño para estudiarlas, los aceleradores de partículas han permitido a los científicos aprender más sobre el mundo subatómico que ningún otro dispositivo.

El primer acelerador circular se llamó: ciclotrón. El físico estadounidense Ernest O. Lawrence fue galardonado con el Premio Nobel de Física en 1939 por el invento y desarrollo del ciclotrón, un dispositivo para acelerar partículas subatómicas. Lawrence desarrolló el ciclotrón, el primer acelerador circular. Es una especie de acelerador lineal arrollado en una espiral. En vez de tener muchos tubos, la máquina sólo tiene dos cámaras de vacío huecas, llamadasdes, cuya forma es la de dos D mayúsculas opuestas entre sí.

Un campo magnético producido por un potente electroimán hace que las partículas se muevan en una trayectoria curva. Las partículas cargadas se aceleran cada vez que atraviesan el hueco entre las des. A medida que las partículas acumulan energía, se mueven en espiral hacia el borde externo del acelerador, por donde acaban saliendo.

Según la fórmula de Einstein E = mc² la masa es un tipo de energía. Esto significa que la energía puede transformarse en masa y viceversa. En los aceleradores de partículas ésto es utilizado para transformar energía cinética en masa, en una colisión de partículas. De este modo, nuevas partículas pueden ser creadas en las colisiones de partículas con altas velocidades relativas.  En la búsqueda de nuevas partículas pesadas es importante ser capaz de acelerar partículas a altas energías. A mayor energía de las partículas originales, partículas más pesadas pueden ser creadas en las colisiones de partículas.

HISTORIA:
PRIMEROS PASOS Y AVANCES CON LA APLICACIÓN DE ESTA MAQUINA…

Organización Europea para la Investigación Nuclear, institución europea de investigación cuya sede se encuentra en la ciudad suiza de Meyrin (situada en las proximidades de Ginebra, en la frontera entre Francia y Suiza). Es más conocida por las siglas CERN, correspondientes al nombre con que fue fundada en 1954: Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire (Consejo Europeo para la Investigación Nuclear).

En el CERN se han construido aceleradores desde los 1950. Hoy existe un gran sistema de aceleradores lineales y circulares. Algunos de los aceleradores más antiguos se usan aún para iniciar la aceleración de partículas antes de ser enviadas a los aceleradores más largos. El sistema de aceleradores del CERN puede acelerar electrones, positrones, protones y diferentes tipos de iones.

Vista Area del CERN

Imagen de Abajo: El LEP (Large Electrón-Positrón Collider), en servicio desde 1989 en la frontera francosuiza, cerca de Ginebra, es el mayor acelerador del mundo y lo seguirá siendo por lo mucho tiempo. Está destinado a estudiar las partículas   de   muy   altaenergía producidas en el transcurso de colisiones entre un haz de electrones y otro de positrones que circulan en sentidos opuestos. Situado en un túnel circular (de 26,7 km. de longitud y 3,8 m. de diámetro interior), el anillo de sección rectangular (5 cm x 20 cm) está enterrado a una profundidad comprendida entre 50 y 175 m. Lo rodean 3.368 imanes de curvatura, 1 300 imanes de focalización y 128 cavidades aceleradoras de alta frecuencia que suministran 400 millones de voltios de tensión aceleradora por vuelta.

En cuatro puntos, el túnel se ensancha en salas de 27 m. de diámetro y 70 m. de longitud donde se encuentran los dispositivos experimentales destinados a detectar las partículas producidas y a determinar sus características. Loselectrones y los positrones sufren la acción de tres aceleradores sucesivos y penetran en el LEP con una energía de 22 GeV. Cada haz es acelerado hasta 50 GeV, por lo que en cada colisión se ponen en juego 100 GeV. Las partículas, inyectadaspor paquetes de 5 billones, giran durante horas y recorren miles de millones de kilómetros; en cada vuelta, se producen sólo unas pocas colisiones entre los dos haces de 1 mm3 de sección.

LEP en suiza

El 14 de julio de 1989, aniversario de la toma de la Bastilla toda Francia celebró el bicentenario del comienzo de la Revolución. A las 16.30 del mismo día, los físicos del CERN, centro internacional de investigación sobre física de las partículas situado en Ginebra, celebraban la entrada en funcionamiento del LEP (Large Electron Positron Collider), la mayor máquina científica construida hasta entonces.

Alojado en un túnel circular de unos 27 km de diámetro (casi todo bajo territorio francés), el LEP es un acelerador que provoca colisiones de partículas a muy alta velocidad, para conseguir elevadísimas energías. Es capaz de crear las condiciones que reinaban una fracción de segundo después de la gran explosión que supuestamente dio origen al universo, así como de provocar la formación de partículas y determinar efectos que no se han producido desde entonces.

En especial, los físicos esperaban crear partículas Z, cuya existencia había sido predicha en los años 60, en el marco de la teoría que unifica el electromagnetismo con la fuerza nuclear débil. Las partículas Z, portadoras de esta fuerza débil, se observaron por primera vez a mediados de agosto de aquel año y la evaluación de los primeros resultados estaba lista para fines de octubre.

El LEP fue la culminación de casi diez años de planificación y construcción, a un coste situado en torno a los 80.000 millones de pesetas. En el momento en que el LEP entraba en funcionamiento, Estados Unidos proyectaba construir en Texas una máquina todavía más gigantesca, el Superconducting Supercollider (SSC), con una circunferencia de 84 Km. y un coste estimado de más de 100.000 millones de pesetas. Sin embargo, si llegara a hacerse realidad, este proyecto podría constituir fácilmente el fin del recorrido en este sentido, ya que los físicos están dirigiendo actualmente su atención a nuevas tecnicas con máquinas lineales en lugar de circulares.

El CERN, fundado en 1953, fue desde el comienzo una empresa cooperativa con la participación de 14 países europeos. Físicos de otros paises, entre ellos la Union Soviética, Japón y Estados Unidos, han participado posteriormente en sus programas de investigación. Fue uno de los indicios de un nuevo movimiento paneuropeo, reflejado también en las esferas económica y política. Europa no carecía de talentos científicos, como lo demuestra el éxito continuado en la obtención del premio Nobel, pero en muchos campos los países individuales no podían en modo alguno competir con Estados Unidos.

No era sólo un problema financiero sino de disponibilidad de personal científico cualificado. Ante la falta de oportunidades en sus países, los científicos europeos. Y En el Fermillab, (imagen abajo) en Illinois (EE UU), una carretera marca los 6km de circunferencia del anillo subterráneo del acelerador de partículas del laboratorio. En 1913, el Fermllab perfeccionó sus instalaciones Instalando Imanes superconductores yen 1990 producía todavía los rayes de protones mas energéticos del mundo.

Cedían a la atracción de Estados Unidos, que les ofrecía mayores salarios y mejores instalaciones. Esta tendencia era particularmente notable en el campo de las ciencias físicas, el ámbito de los proyectos de la «gran ciencia»,. La cooperación científica en Europa adquirió un nuevo impulso en 1973 con el ingreso de Gran Bretaña, Irlanda y Dinamarca en la Comunidad Económica Europea. Entre las nuevas iniciativas figuraban la Agencia Espacial Europea (fundada en 1975) y el centro multidisciplinario de investigación de la CE (15-FRA), con sede en Italia.

Pero en la ciencia, como en otras actividades humanas, las tendencias y las necesidades cambian, y las estrategias deben modificarse en consecuencia. En Gran Bretaña, por ejemplo, el gran laboratorio de investigación sobre energía atómica de Harwell (motivo de orgullo nacional durante la euforia de la posguerra e importante factor de negociación en el intercambio de información con Estados Unidos) tuvo que ser reorganizado y, en cierto modo, ganarse el sustento mediante contratos con la industria.

Por el contrario, el proyecto experimental IET (Ioint European Toros), destinado a producir energía mediante la fusión de núcleos ligeros, como en el interior del Sol, comenzó a funcionar en 1983, en la cercana localidad de Culham. Pero incluso este proyecto fue perdiendo el favor de la opinión pública cuando los movimientos ecologistas (opuestos a toda forma de energía nuclear) ganaron fuerza e influencia, sobre todo teniendo en cuenta que los resultados del programa se podrían medir más en décadas que en años.

El primer gran acontecimiento científico de los años 90 fue la puesta en órbita del telescopio espacial Hubble, en abril de 1990, después de veinte años de planificación. Pero su supuesta capacidad de «ver el universo con una profundidad diez veces mayor que la empleada anteriormente» no impresionó a quienes se oponían a una inversión de 1.300 millones de dólares para un proyecto de investigación pura, entre los que se encontraban muchos científicos con presupuestos escasos. Al mismo tiempo, comenzó la reevaluación del programa del Supercollider.

Si bien la exploración de las partículas más recónditas del átomo y de las regiones más remotas del universo ha seguido cautivando la imaginación popular, también ha sido intensa la actividad en otros campos de las ciencias físicas. De hecho, el progreso en estos dos campos habría sido imposible sin los avances logrados en muchos otros terrenos. Incluso las disciplinas clásicas de la física han demostrado ser capaces de proporcionar nuevas sorpresas.

En el campo del magnetismo, conocido desde la antigüedad, el descubrimiento de imanes líquidos ha abierto nuevas perspectivas. Estos imanes consisten en diminutas partículas de materiales magnéticos como, por ejemplo, ciertos óxidos de hierro, dispersos en un líquido como en los coloides corrientes, las partículas no se separan del líquido. Cada una actúa como un pequeño imán permanente y puede también conferir notables propiedades al líquido, denominado normalmente ferro fluido.

EL LHC: El acelerador LEP estuvo operativo entre 1989 y 1195. Entonces fue desmantelado para dar espacio para un nuevo acelerador en el mismo túnel. El nombre del nuevo acelerador es Gran Colisionador Hadrónico,LHC. LHC, al contrario de LEP, colisionará haces consistentes en protones. Las colisiones, mucho más energéticas,14 TeV, serán posibles reemplazando los electrones y positrones de LEP por protones.

Cientificos Argentinos Colaboradores

DATOS DEL «GRAN COLISIONADOR DE HADRONES»
Inicio de la construcción1994
Construido por:CERN
Ubicación:Frontera Suiza-Francesa
Costo6200 millones de euros
Científicos Comprometidos10.000 científicos de 500 Universidades
Científicos ArgentinosOcho
Países Que IntervienenCuarenta
Dimensiones27 Km. de Diámetro
ProfundidadEntre 50 y 125 metros
Temperatura de Trabajo272 Bajo Cero °C
Aceleración Conseguida99,9999999 de la Velocidad de la luz
Campo Magnético Logrado100.000 veces el de la Tierra

OBJETIVOS DEL EXPERIMENTO:

  •     Descubrir qué es realmente la masa.
  •     Descubrir qué es la materia oscura (que ocupa más del 95% de la masa del Universo)
  •     Descubrir cuántas son las partículas totales del átomo.
  •     Descubrir la existencia o no de las partículas supersimétricas
  •     Descubrir por qué no hay más antimateria.
  •     Descubrir cómo era la materia durante los primeros segundos que siguieron al Big Bang.

EL BOSON DE HIGG: A una velocidad muy cercana a la de la luz, dos conjuntos de protones circulan en sentido inverso: cuando chocan, se generan, brevemente, partículas enormes. La última que así se descubrió, en el Fermi, en 1995, llamada quark top, tiene 174 veces la masa de un protón. Esas partículas, que ya no existen en la Tierra, existieron en el Universo, en las milésimas de segundo posteriores al Big Bang; las altísimas energías de aquellos instantes son reproducidas por el Colisionador. Así, investigar estas partículas fugaces equivale a investigar los primeros instantes del Universo.

Pero el propósito no es tanto saber qué pasó entonces, sino saber qué pasa ahora: poner a prueba las teorías básicas de la física. Entre aquellas partículas, interesa especialmente una, llamada bosón de Higgs, que tendría entre 130 y 200 veces la masa de un protón: su existencia es requerida por el “modelo estándar”, que, de las cuatro fuerzas consideradas fundamentales en la naturaleza –el electromagnetismo, la gravedad y, en el interior de los átomos, las fuerzas “fuerte” y “débil”–, explica todas menos la gravedad. (ampliar sobre el tema)

Ver Tambien:

Naturaleza de la Materia
Las Particulas Subatomicas del Universo
El Polvo Cosmico y Sus Componentes
Derretimiento Casquetes Polares Hielo de los Polos
Geometria No Euclidiana El Espacio Curvado de Einstein
La Vida Media de un Isotopo Quimico
El Efecto Coriolis en el Planeta Tierra
Los gases nobles Gases Inertes Argon Neon Helio