El Gran Colisionador de Hadrones (LHC) del CERN es el acelerador de partículas más potente del mundo. Durante sus diez años de operaciones ha dado lugar a descubrimientos notables, incluido el codiciado bosón de Higgs. El 15 de enero un equipo internacional de físicos dio a conocer el concepto de diseño de un nuevo acelerador de partículas que empequeñecería al LHC.

El "Future Circular Collider" se concibe como un sucesor del LHC, y - si se le da luz verde - permitiría a los físicos buscar respuestas a algunos de los mayores misterios de la física. Esto incluye descubrir de qué está hecha la gran mayoría del universo o descubrir una física completamente nueva.

La propuesta prevé un nuevo túnel de circunferencia de 100 km que atravesaría la Tierra, rodeando la ciudad de Ginebra y el campo circundante. El LHC de 27 km introduciría partículas en el nuevo colisionador, como una grada de autopista. En última instancia, esto le permitiría colisionar partículas con energías alrededor de siete veces más altas de las que puede manejar el LHC. Esto permitiría que este colisionador cree partículas que están más allá del alcance del LHC, empujando la física de partículas a un reino microscópico inexplorado.

Portal a un mundo oscuro

El Future Circular Collider es en realidad varios proyectos en uno. La primera fase imagina una máquina que colisiona electrones con sus llamadas "versiones de antimateria, positrones. Se cree que todas las partículas tienen un compañero de antimateria, prácticamente idéntico a sí mismo pero con carga opuesta. Cuando una materia y una partícula de antimateria se encuentran, se aniquilan por completo, con toda su energía convertida en nuevas partículas.

La energía de colisión de tal colisionador podría controlarse con mucha precisión. También, las colisiones serían muy "limpias" en comparación con el LHC, que choca con los protones (partículas que forman el núcleo atómico junto con los neutrones). Los protones no son partículas fundamentales como los electrones, pero bolsas al azar de partículas más pequeñas, incluidos quarks y gluones. Cuando los protones chocan, sus entrañas se esparcen por todo el lugar, lo que hace que sea mucho más difícil detectar nuevas partículas entre los escombros.

El objetivo principal del colisionador electrón-positrón sería estudiar el bosón de Higgs, la partícula implicada en el origen de las masas de las otras partículas fundamentales. El nuevo colisionador crearía millones de bosones de Higgs y mediría sus propiedades con un detalle sin precedentes.

Estas mediciones de precisión ofrecen numerosas posibilidades para nuevos descubrimientos. Uno de los más tentadores es que el Higgs podría actuar como portal que conecta el mundo de materia atómica ordinaria que habitamos. con un mundo oculto de partículas que de otro modo serían indetectables. Aproximadamente el 85% de toda la materia del universo en el universo es "oscura, "compuesto por partículas que nunca hemos podido ver. Solo sabemos que existe debido a la atracción gravitacional que ejerce sobre la materia circundante. un colisionador de electrones y positrones podría revelar la descomposición del bosón de Higgs en estas partículas ocultas.

En la segunda fase, el colisionador sería reemplazado por un colisionador protón-protón mucho más poderoso, alcanzando energías de colisión de 100 billones de electronvoltios. Esta sería una máquina de descubrimiento, capaz de crear una amplia gama de nuevas partículas que los físicos sospechan que pueden estar más allá del alcance del LHC.

En particular, exploraría casi por completo el rango de energía donde es probable que se encuentren la mayoría de las formas de materia oscura. También podría sondear las condiciones que existieron una billonésima de segundo después del Big Bang. Este momento en la historia del universo es crucial, ya que es cuando el campo de Higgs, un campo de energía omnipresente en el que el bosón de Higgs tiene una pequeña ondulación, colapsó en su estado actual. que es lo que generó las masas de las partículas fundamentales.

Comprender cómo el campo de Higgs adquirió su energía actual es uno de los mayores problemas sobresalientes de la física. ya que parece estar increíblemente finamente sintonizado para permitir átomos, y por lo tanto estrellas, planetas y personas - existir.

Como físico que trabaja en el experimento de belleza del LHC, Personalmente, espero que este nuevo colisionador pueda eventualmente ayudarnos a resolver el enigma de por qué el universo está hecho casi en su totalidad de materia y no de antimateria.

Etiqueta de precio elevado

La primera fase del nuevo colisionador entraría en funcionamiento en la década de 2040, después de la ejecución final del LHC actualizado. El colisionador protón-protón más poderoso se instalaría en la década de 2050. Ambos proyectos tienen un precio elevado:9.000 millones de euros para la máquina electrón-positrón y otros 15.000 millones para el colisionador protón-protón. Esto ha generado críticas comprensibles de que el dinero podría gastarse mejor en otra parte, por ejemplo, en la lucha contra el cambio climático.

John Womersley, un físico senior involucrado en el Future Circle Collider, me dijo que más allá del valor del conocimiento fundamental por derecho propio, Habrá otros beneficios importantes a corto plazo. Dijo:"La FCC impulsará el desarrollo de tecnologías innovadoras para resolver nuevos desafíos. La World Wide Web, Wi-Fi y los imanes superconductores en las máquinas de resonancia magnética se desarrollaron para satisfacer las necesidades de la física fundamental ". El proyecto también tiene un enorme poder para inspirar a la próxima generación de físicos.

Por último, Un plan tan ambicioso solo será posible a través de una gran colaboración internacional, con financiación de decenas de países. El proyecto ya incluye 1, 300 colaboradores de 150 universidades, institutos de investigación y socios industriales de todo el mundo. Mientras tanto, China también está considerando un proyecto de colisionador similar, quizás el único país capaz de movilizar los recursos necesarios para construir una máquina tan grande por sí solo.

Los defensores del Future Circular Collider esperan que el proyecto se adopte en la nueva estrategia europea para la física de partículas, se publicará en 2020. Si se acepta, iniciará un largo proceso de investigación y desarrollo, sino también de persuadir a los gobiernos nacionales y al público en general de que vale la pena invertir en la emocionante investigación fundamental que podría realizarse en el colisionador.

Los desafíos políticos son, sin duda, enormes, pero los físicos están decididos a no abandonar la búsqueda de una comprensión más profunda de nuestro universo.

Este artículo se ha vuelto a publicar de The Conversation con una licencia de Creative Commons. Lea el artículo original.