Es un logro que no había tenido precedentes, un equipo de científicos ha recreado una de las fuerzas primordiales que dieron origen al universo. Este avance, llevado a cabo en el Gran Colisionador de Hadrones (LHC) del CERN en Suiza, promete una nueva era en la física de partículas y por supuesto, puede cambiar todo lo que ya sabíamos acerca de este campo.
Pero primero: las cuatro fuerzas fundamentales
El universo está regido por cuatro fuerzas fundamentales: la fuerza nuclear fuerte, la fuerza nuclear débil, el electromagnetismo y la gravedad. Aunque estas fuerzas parecen independientes, en los primeros momentos del universo, algunas de ellas estaban unidas. El electromagnetismo y la fuerza nuclear débil, por ejemplo, eran originalmente una sola fuerza conocida como la interacción electrodébil.
La interacción electrodébil solo existió durante las primeras fracciones de segundo después del Big Bang, cuando las temperaturas eran extremadamente altas, cercanas a los 10^15 Kelvin. Esta fuerza se separó en dos mediante el mecanismo de Higgs, que asignó masa a los bosones Z y W. Estos bosones son responsables de portar la fuerza nuclear débil, la cual juega un papel crucial en procesos como la desintegración radiactiva.
Los científicos recrearon el universo primitivo.
Gracias al LHC del CERN, los científicos pueden recrear las condiciones del universo primitivo al colisionar protones a velocidades altísimas. Este proceso permite observar la fuerza electrodébil en acción, algo que no ocurre en las condiciones normales del universo actual.
En los últimos diez años, los físicos han desentrañado los secretos de la fuerza electrodébil. Recientemente, una colaboración internacional ha logrado las mediciones más precisas del ángulo de mezcla electrodébil (θW). Este ángulo es crucial porque determina la relación entre las fuerzas débil y electromagnética y cómo emergen del mecanismo de Higgs.
El detector Compact Muon Solenoid (CMS) del LHC ha sido instrumental en estas mediciones. CMS estudia los eventos donde un bosón Z se desintegra en leptones, como electrones o muones. Estas mediciones precisas fortalecen nuestra comprensión del modelo estándar de la física de partículas.
¿Y luego?
A pesar de estos avances, el LHC no es perfecto para estudios de precisión. El LHC está diseñado principalmente para generar partículas de descubrimiento, lo que crea un entorno complicado para mediciones detalladas. Por esta razón, los físicos prefieren usar colisionadores electrón-positrón para estudios de precisión.
Aun así, el CMS ha logrado una precisión sin precedentes en la medición del ángulo de mezcla electrodébil. El CERN continuará operando el LHC hasta al menos 2035 y ya está planeando futuras «fábricas de Higgs». Estas máquinas producirían bosones de Higgs en grandes cantidades, permitiendo estudios más detallados.
El objetivo final de estos esfuerzos es la Gran Teoría Unificada, un concepto que ha sido elusivo para los científicos. Esta teoría buscaría unificar todas las fuerzas fundamentales en una sola. Máquinas como el futuro colisionador circular del CERN, el colisionador lineal compacto, el colisionador circular de electrones y positrones de China, y el colisionador lineal internacional de Japón, son posibles candidatos para llevar a cabo estos estudios avanzados.
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