Éste es el Gran Colisionador de Hadrones. Tiene 27 kilómetros de circunferencia, es el experimento científico más grande jamás intentado. Más de 10,000 físicos e ingenieros de 85 países de todo el mundo se han reunido durante varias décadas para construir esta máquina. Lo que hacemos es acelerar protones, esto es, núcleos de hidrógeno, a aproximadamente 99.999999% de la velocidad de la luz. ¿Correcto? A esa velocidad, recorren esos 27 kilómetros 11,000 veces en un segundo. Y los hacemos chocar con otro haz de protones que vienen en la dirección opuesta. Los hacemos chocar dentro de detectores gigantes.
Son esencialmente cámaras digitales. Y ésta es en la que yo trabajo, ATLAS. Pueden darse una idea del tamaño, viendo abajo a esa persona de tamaño estándar para la Unión Europea.
(Risas)
Se dan una idea del tamaño: 44 metros de ancho, 22 metros de diámetro, 7,000 toneladas. Y recreamos las condiciones que estaban presentes menos de una mil millonésima de segundo después del principio del universo, hasta 600 millones de veces por segundo, dentro de ese detector, números inmensos. Y si ven esas piezas de metal de ahí, esos son enormes magnetos que doblan partículas eléctricamente cargadas, para poder medir que tan rápido se mueven. Esta es una fotografía de hace un año. Los magnetos están ahí dentro. Y, nuevamente, una persona real de tamaño estándar en la UE, para que tengan idea de la escala. Y es ahí dentro que esos mini-Big Bangs serán creados, en algún momento del verano de este año.
Y de hecho, esta mañana, recibí un email diciendo que acabamos de terminar, hoy, de construir la última pieza de ATLAS. Así que al día de hoy, está terminado. Me gustaría decir que planeé esto para TED, pero no lo hice. Así que ha sido completado al día de hoy.
(Aplausos)
Sí, es un logro maravilloso. Así que podrían estar preguntando, "¿Por qué?, ¿Por qué crear las condiciones que estaban presentes menos de una mil millonésima de segundo después de que el universo comenzara?" Si los físicos de partículas son algo, es ser ambiciosos. Y el objetivo de la física de partículas es entender de qué está hecho todo, y como es que todo se mantiene junto. Y cuando digo "todo", quiero decir por supuesto, tú y yo, la Tierra, el Sol, los cientos de miles de millones de soles en nuestra galaxia y los cientos de miles de millones de galaxias del universo observable. Absolutamente todo.
Podrían decir: "Bueno, pero ¿porqué no verlo solamente? Si quieres saber de qué estoy hecho, obsérvame." Bueno, descubrimos que cuando ves hacia atrás en el tiempo, el universo se va volviendo más y más caliente, más y más denso, y más y más simple. Que yo sepa, no existe ninguna razón para ello, pero ése parece ser el caso. Así que, muy atrás en las edades tempranas del universo, creemos que era muy simple y entendible. Toda esta complejidad, todo el recorrido hasta estas cosas maravillosas, los cerebros humanos, son una propiedad de un viejo y frío y complicado universo. En el principio, en la primera mil millonésima de segundo, creemos, o hemos observado, era muy simple.
Es casi como... Imaginen a un copo de nieve en su mano, y lo observan, y es un objeto increíblemente complicado y hermoso. Pero cuando lo calientan, se derrite en un charco de agua, y serías capaz de ver que en realidad estaba hecho solamente de H20, agua. Así que es en el mismo sentido que vemos atrás en el tiempo para entender de qué está hecho el universo. Y al día de hoy, está hecho de estas cosas. Sólo 12 partículas de materia, que se mantienen juntas mediante 4 fuerzas de la naturaleza. Los quarks, estas cosas rosas, son los componentes de los protones y los neutrones que componen los núcleos atómicos en tu cuerpo. El electrón, la cosa que va alrededor del núcleo atómico, se mantiene en órbita, por cierto, gracias a la fuerza electromagnética, que es transportada por esta cosa, el fotón. Los quarks se mantienen juntos gracias a otras cosas llamadas gluones.
Y estos amigos de aquí, ellos son la fuerza nuclear débil, probablemente la menos conocida. Pero sin ella el Sol no brillaría. Y cuando el Sol brilla, consigues copiosas cantidades de estas cosas llamadas neutrinos saliendo a raudales. De hecho, con que observen la uña de su pulgar, alrededor de un centímetro cuadrado, hay algo como, son más o menos 60 mil millones de neutrinos por segundo provenientes del Sol, pasando a través de cada centímetro cuadrado de tu cuerpo. Pero no los sientes porque la fuerza débil tiene el nombre correcto. Un alcance muy corto y muy débil, así que sólo pasan volando a través de ti.
Y esas partículas han sido descubiertas durante el siglo pasado, en su gran mayoría. La primera, el electrón, fue descubierta en 1897, y la última, esta cosa llamada el tau-neutrino, en el año 2000. De hecho, atrás, Iba a decir, atrás a la vuela de la esquina en Chicago. Sé que es un país grande, Estados Unidos ¿verdad? A la vuelta de la esquina. Con respecto al universo, es a la vuelta de la esquina.
(Risas)
Así que, esta cosa fue descubierta en el año 2000, así que es una imagen relativamente reciente. Una de las cosas que encuentro maravillosas es que hayamos descubierto cualquiera de ellos, cuando te das cuenta de cuan pequeños son. Saben, son un salto en escala con respecto a todo el universo observable. Así que 100 mil millones de galaxias, a 13.7 mil millones de años de distancia, un cambio de escala de eso a Monterey, en realidad, es casi lo mismo que de Monterey a estas cosas. Absolutamente, exquisitamente diminutos, y sin embargo hemos descubierto prácticamente al juego completo.
Así que, uno de mis más ilustres antepasados en la Universidad de Manchester, Ernest Rutherford, descubridor de los núcleos atómicos, dijo una vez: "Toda ciencia es física o filatelia". Ahora, no creo que el quisiera insultar al resto de la ciencia, aunque era de Nueva Zelanda, así que es posible.
(Risas)
Lo que quiso decir fue que lo que hemos hecho, ahí en realidad, es filatelia. OK, hemos descubierto las partículas, pero a menos que entiendas la razón subyacente para ese patrón, es decir, porqué está construido de la forma que lo es, en realidad lo que has hecho es filatelia, no has hecho ciencia. Afortunadamente, tenemos probablemente a uno de los más grandes logros científicos del siglo XX para apuntalar ese patrón. Son las leyes de Newton, por decirlo así, de la física de partículas. Es llamado el "modelo estándar", una ecuación matemática hermosamente simple. Podrían ponerla en el frente de una playera, lo cual es siempre el signo de la elegancia. Aquí está.
(Risas)
No he sido completamente sincero, porque la he expandido en todo su salvaje detalle. Esta ecuación, sin embargo, te permite calcular todo, lo que ocurre en el universo, excepto la gravedad. Así que cuando quieres saber por qué el cielo es azul, por qué los núcleos atómicos permanecen unidos, en principio, con una computadora lo suficientemente grande, por qué el DNA tiene la forma que tiene. En principio, deberías ser capaz de calcularlo a partir de esa ecuación.
Pero hay un problema. ¿Alguien puede ver cuál es? Una botella de champán para quien me lo diga. Lo haré más fácil, de hecho, destacando una de las líneas. Básicamente, cada uno de esos términos se refiere a algunas de las partículas. Así que esas Ws de ahí se refieren a las Ws, y a por qué se mantienen unidas. Esas portadoras de la fuerza débil, las zetas, lo mismo. Pero existe un símbolo extra en esta ecuación: H. Correcto, H. H quiere decir partícula de Higgs. Las partículas de Higgs no han sido descubiertas. Pero son necesarias. Son necesarias para que las matemáticas funcionen. Así que todos los cálculos exquisitamente detallados que podemos hacer con esa maravillosa ecuación no serían posibles sin algo extra. Así que es una predicción, la predicción de una partícula nueva.
¿Qué es lo que hace? Bueno, hemos tenido tiempo para encontrar buenas analogías. Y allá en los 80s, cuando queríamos el dinero del gobierno de GB para el LHC, Margaret Thatcher, en esa ocasión, dijo, "Si me pueden explicar, en lenguaje que un político pueda entender, qué diablos es lo que están haciendo, pueden tener el dinero. Quiero saber que es lo que hace esta partícula de Higgs." Y salimos con esta analogía y pareció funcionar. Lo que la Higgs hace es dar masa a partículas fundamentales. Y el cuadro es que el universo entero, y eso no sólo significa espacio, significa también yo y ustedes, el universo completo está lleno de algo llamado un campo de Higgs. Partículas de Higgs, si así lo quieren.
La analogía es que esas personas en un salón son las partículas de Higgs. Cuando una partícula se mueve a través del universo, puede interactuar con esas partículas de Higgs. Pero imaginen que alguien que no es muy popular pasa a través del salón. Entonces todos lo ignoran. Pueden pasar por el salón muy rápidamente, esencialmente a la velocidad de la luz. No tienen masa. E imaginen a alguien increíblemente importante y popular e inteligente que entra en el salón. Son rodeados de personas, y su paso es impedido. Es casi como si se volvieran pesados. Se vuelven masivos. Y esa es exactamente la forma en que el mecanismo de Higgs funciona. La idea es que los electrones y los quarks en tu cuerpo y en el universo que vemos a nuestro alrededor son pesados, en cierto sentido, y masivos, porque están rodeados de partículas de Higgs. Interactúan con el campo de Higgs.
Si esa idea es correcta, entonces tenemos que descubrir a esas partículas de Higgs en el LHC. Si no es cierto, porque es un mecanismo algo enrevesado, aunque es el más simple que hemos sido capaces de concebir, entonces lo que sea que haga el trabajo de las partículas de Higgs sabemos que tiene que mostrarse en el LHC. Así que esa es una de las razones principales por las que construimos esta máquina gigante. Me da gusto que reconozcan a Margaret Thatcher. Pensé en hacerlo más relevante culturalmente, pero... (Risas) ...como sea. Así que eso es una cosa. Ésa es esencialmente una garantía de lo que el LHC encontrará.
Hay muchas otras cosas. Han escuchado de muchos de los grandes problemas en física de partículas. De uno de estos han oído hablar: materia oscura, energía oscura. Ahí hay otro problema, el cual es que las fuerzas de la naturaleza, es algo muy hermoso de hecho, parece que, cuando vas regresando en el tiempo, parecieran cambiar en intensidad. Bueno, de hecho cambian en intensidad. Así que la fuerza electromagnética, la fuerza que nos mantiene unidos, se vuelve más fuerte conforme llegas a temperaturas más altas. La fuerza fuerte, la fuerza nuclear fuerte, que mantiene los núcleos unidos, se vuelve más débil. Y lo que ves es que el modelo estándar puedes cambiar cómo esos cambian, son las fuerzas, las tres fuerzas, aparte de la gravedad, casi parecen converger en un punto. Es casi como si hubiera un hermoso tipo de súper fuerza, allá en el principio del tiempo. Pero fallan por poco.
Existe una teoría llamada súper simetría, que duplica el número de partículas del modelo estándar. Lo cual, a primera vista, no suena como una simplificación. Pero en realidad, con esta teoría, encontramos que las fuerzas de la naturaleza parecen unificarse, en el momento del Big Bang. Una profecía absolutamente hermosa. El modelo no fue construido para hacer eso, pero parece hacerlo. También, esas partículas súper simétricas son candidatos muy fuertes para la materia oscura. Así que una teoría muy atractiva que es en realidad física convencional. Y si yo fuera a apostarle a algo, apostaría a, de forma muy poco científica, que esas cosas también saldrían en el LHC. Muchas otras cosas podría descubrir el LHC.
Pero en los últimos minutos finales, sólo quiero darles una perspectiva diferente de lo que creo que la física de partículas realmente significa para mí. Física de partículas y cosmología. Y es que creo que nos ha dado una maravillosa narrativa, casi una historia de la creación, si les gusta, sobre el universo, que proviene de la ciencia moderna de las últimas décadas. Y diría que merece, en el espíritu de la charla de Wade Davis, ser al menos puesta al lado de esas maravillosas historias de la creación de las personas de los altos Andes y del norte congelado. Esta es una historia de la creación, creo, igualmente maravillosa.
La historia dice así: Sabemos que el universo comenzó hace 13.7 mil millones de años, en un estado inmensamente caliente, denso, mucho más pequeño que un único átomo. Empezó a expandirse alrededor de una millón-trillón-trillonésima de segundo, creo que me salió bien, después del Big Bang. La gravedad se separó de las otras fuerzas. El universo entonces sufrió una expansión exponencial llamada inflación. Alrededor de la primer mil millonésima de segundo, el campo de Higgs entró en acción, y los quarks y los gluones y los electrones que nos componen obtuvieron masa. El universo continuó expandiéndose y enfriándose. Después de unos pocos minutos, había hidrógeno y helio en el universo. Eso era todo. El universo era alrededor de 75 por ciento hidrógeno, 25 por ciento helio. Aún lo es hoy.
Continuó expandiéndose por alrededor de 300 millones de años. Entonces la luz comenzó a viajar por el universo. Era lo suficientemente grande para ser transparente a la luz, y eso es lo que vemos en la radiación cósmica de fondo que George Smoot describió como ver el rostro de Dios. Después de 400 millones de años, las primeras estrellas se formaron y ese hidrógeno, ese helio, empezaron a cocinarse en elementos más pesados. Así que los elementos de la vida, carbono, y oxígeno y hierro, todos los elementos que necesitamos para formarnos, fueron cocinados en esas generaciones iniciales de estrellas, las cuales al acabárseles el combustible, explotaron, arrojando esas elementos de regreso en el universo. Entonces re-colapsaron en otra generación de estrellas y planetas.
Y en algunos de esos planetas, el oxígeno que había sido creado en esa primera generación de estrellas pudo fusionarse con hidrógeno para formar agua, agua líquida en la superficie. En al menos uno, y quizás en solamente uno de esos planetas, la vida primitiva evolucionó, la cual evolucionó durante millones de años en cosas que caminaron erguidos y dejaron huellas hace tres y medio millones de años en las planicies de barro de Tanzania, y eventualmente dejó una huella en otro mundo. Y construyó esta civilización, esta maravillosa fotografía, que convierte a la oscuridad en luz, y pueden ver a la civilización desde el espacio. Como uno de mis grandes héroes, Carl Sagan, dijo, "esas son las cosas.." y de hecho, no sólo esas, sino viendo alrededor, éstas son las cosas, como los cohetes Saturno V, y Sputnik, y DNA, y literatura y ciencia, "Esas son las cosas que los átomos de hidrógeno hacen cuando les das 13.7 mil millones de años".
Absolutamente extraordinario. Y leyes físicas. ¿Correcto? Así pues, las leyes correctas de la física están maravillosamente balanceadas. Si la fuerza débil hubiera sido un poco diferente, entonces el carbono y el oxígeno no serían estables en el centro de las estrellas, y no existiría ninguno de ellos en el universo. Y creo que eso es una... una historia maravillosa y relevante. Hace 50 años no podría haber contado esa historia, porque no la sabíamos. Eso me hace sentir realmente que esa civilización, la cual, como digo, si crees en la historia de la creación científica, ha surgido puramente como resultado de las leyes de la física, y unos cuantos átomos de hidrógeno, entonces creo que, a mí en cualquier caso, me hace sentir increíblemente valioso.
Ése es el LHC. Con certeza el LHC, cuando se encienda en el verano, va a escribir el próximo capítulo de ese libro. Y de seguro voy a esperar con inmensa emoción a verlo ser encendido. Gracias.
(Aplausos)
Marzo 2008
Brian Cox: Qué funcionó mal en el LHC
El año pasado en TED di una introducción al Gran Colisionador de Hadrones. Y prometí volver y ponerlos al tanto de cómo funcionaba la máquina. Y aquí estoy. Para quienes no estuvieron allí, el LHC es el experimento científico más grande que se haya intentado jamás, y tiene 27 kilómetros de circunferencia. Su labor es recrear las condiciones que existieron menos de una mil millonésima de segundo después del inicio del universo, hasta 600 millones de veces por segundo. Es algo muy ambicioso.
Esta es la máquina, bajo Ginebra. Tomamos fotos de esos mini big bangs dentro de los detectores. Yo trabajo en éste, el cual es llamado el detector ATLAS. 44 m. de ancho, 22 m. de diámetro. Esta es una foto espectacular de ATLAS en construcción, para que vean la escala.
El pasado 10 de septiembre encendimos esta máquina por primera vez. Y esta imagen fue tomada por ATLAS. Causó una gran celebración en la sala de control. Es una foto del primer haz de partículas dando la vuelta completa en el LHC, chocando de forma deliberada contra una sección del LHC, y lanzando partículas al detector. Es decir, cuando vimos esa foto el 10 de septiembre supimos que la máquina funcionaba, lo que es un gran triunfo. No sé si la ovación más grande fue ésta o fue cuando alguien entró a Google y vio así a la página principal. Significa que tuvimos impacto, tanto científica como culturalmente.
Alrededor de una semana después tuvimos un problema, tuvo que ver con estos tramos de cable, estos cables de oro. Esos cables transmiten 13 mil amperes cuando la máquina está a toda potencia. Los que son ingenieros los mirarán y dirán: "No lo hacen. Son cables pequeños." Pueden hacerlo porque cuando están muy fríos son cables superconductores. Entonces, a menos 271 grados, más fríos que en el espacio interestelar, esos cables pueden transmitir esa corriente.
En una de las uniones que hay entre los más de 9000 magnetos hubo un defecto de fabricación. Así que el cable se calentó ligeramente. Y sus 13 mil amperes repentinamente encontraron resistencia eléctrica. Y este fue el resultado. Eso es aún más impresionante si consideran que esos magnetos pesan más de 20 toneladas y se movieron alrededor de 30 cm. Se dañaron alrededor de 50 magnetos. Teníamos que quitarlos y lo hicimos. Los reacondicionamos, los arreglamos. Ahora van de regreso para allá abajo. A finales de marzo el LHC estará como nuevo otra vez. Lo encenderemos y esperamos recibir datos en junio o julio. Y seguiremos con nuestra búsqueda de cuáles son los componentes fundamentales del universo.
Por supuesto, de cierta forma esos accidentes reavivaron el debate sobre el valor de la ciencia y la ingeniería de vanguardia. Es fácil refutarlo. Creo que el hecho de que sea tan difícil, de estar excediendo nuestro alcance, es lo que hace tan valiosas a cosas como el LHC. Dejo la última palabra al científico inglés Humphrey Davy quien, sospecho, al defender los inútiles experimentos de su protegido (que a todo esto era Michael Faraday) dijo esto: "Nada es tan peligroso para el progreso de la mente humana que suponer que nuestras ideas científicas son finales, que no existen misterios en la naturaleza, que nuestros triunfos son completos, y que no existen nuevos mundos por conquistar." Gracias. (Aplausos).
Febrero 2009
