En búsqueda de antimateria, en el Gran Colisionador de Hadrones

Las cavernas que llevan 100 metros bajo tierra hasta los equipos que forman el Gran Colisionador de Hadrones (LHC), en la frontera franco-suiza, ya han sido cerradas para reiniciar, en un par de meses más, las actividades del experimento más grande del mundo, el cual busca desentrañar los secretos de la física y del Universo.

Arturo Menchaca Rocha, ex presidente de la Academia Mexicana de Ciencias y colaborador del experimento internacional,  espera que con la nueva temporada de trabajo sea posible estudiar mejor la existencia de antimateria en el Universo.

Durante dos años el equipo estuvo detenido mientras centenares de investigadores e ingenieros de todo el mundo realizaron obras de mantenimiento y reemplazaron piezas existentes del LHC, con 27 kilómetros de circunferencia.

Esta actualización sirvió para que la infraestructura pueda funcionar como una vía ultra rápida por la que corran a 6.5 teraelectronvolts (TeV) paquetes de protones de hidrógeno, los cuales chocarán con una velocidad de impacto de 13 TeV.

Un grupo de 60 científicos mexicanos forma parte de este esfuerzo internacional que llevó en 2012 a realizar el descubrimiento del bosón de Higgs y encontrar los primeros indicios del plasma que dio origen a nuestro Universo.

El trabajo de los connacionales está concentrado en dos de los cuatro experimentos que forman el LHC: A Large Ion Collider (ALICE) y el Compact Muon Selenoid (CMS).

De ellos, el equipo más grande está en ALICE, que estudia la llamada “sopa de cuarks y gluones”, un plasma que se formó inmediatamente después del bi-bang (o la gran explosión), pero que cuyos resultados también han permitido revisar la generación de partículas de antimateria, trabajo principal del doctor Menchaca, quien es investigador en el Instituto de Física de la Universidad Nacional Autónoma de México.

“He estado en el análisis de la producción de antimateria en el detector ALICE, con antinúcleos ligeros y ahora que arranca de nuevo el LHC con más intensidad estaremos en posibilidad de producirlos en mayor abundancia y, probablemente, podamos observar antihelio 4”, explicó.

Las colisiones protón-protón son interacciones que se dan normalmente en el cosmos gracias a los rayos cósmicos, que son casi solo fotones, que chocan con la materia interestelar formada en su mayoría por hidrógeno.

Pero hasta ahora esto que ocurre en el Universo no ha sido revisado por completo  en el laboratorio, pues se requieren de muy altas energías como las que ahora alcanzará el LHC (13 TeV).

“Son colisiones que se dan y ahora será posible predecir en el laboratorio los fenómenos que ocurrirán en el cosmos. Este es de los pocos temas que vinculan a la física que se está haciendo en ALICE con la cosmología”, detalló.

Interesado desde hace tiempo en el estudio de la antimateria  -por cada partícula de materia que existe en el Universo tiene que haber otra de antimateria, con igual masa pero con carga eléctrica opuesta-, Menchaca colabora en el proyecto AMS, que se encuentra actualmente en la Estación Espacial Internacional y es liderado por el Premio Nobel Samuel Ting.

Dicho proyecto busca antimateria de origen cósmico, donde son comunes los antihelios 4, que ahora podrían ser producidos en el LHC como un resultado de las colisiones protón-protón.

“Hay modelos que predicen cuántos de estos antihidrógenos deberían producirse, pero para poner un límite con mayor certidumbre es mejor medirlo en el laboratorio y para eso estamos haciendo el experimento en el área del LHC con ALICE”, detalló.

Añadió que el antihelio 4 es un núcleo clave para AMS, por lo tanto es muy importante evaluar en el laboratorio en tierra la cantidad de antihelio 4 que se produce en las interacciones protón-protón.

El antihidrógeno 4 ha sido ya visto en el LHC, pero en las colisiones plomo-plomo, las cuales no se dan en el Universo porque el plomos ahí es un elemento muy raro y representa una fracción muy pequeña de los rayos cósmicos, por lo que al tener una mayor velocidad de impacto será posible comprender mejor su formación en el cosmos.

(AMC)