Freonteras de la fisica

EN LAS FRONTERAS
DE LA FÍSICA:
1. El Gran Colsionador Hadrónico (LHC),
una catedral de la ciencia para desvelar los secretos de la materia
Dr. Juan Antonio Fuster Verdú.
Profesor de Investigación del CSIC y miembro del Instituto de Física Corpuscular (IFIC),
CSIC/Universidad de Valencia.
Actualmente Gestor del Área Nacional de Física de Partículas.

La Física de Altas Energías observa elcomportamiento de la materia a las escalas más
pequeñas. Su fin es conocer cuáles son los componentes fundamentales (sin estructura) de
la materia y las fuerzas que actúan entre ellos. Dar respuesta a estas cuestiones no es una
actividad científica de reciente aparición. Sus orígenes se remontan a los tiempos de la
Grecia clásica. Empédocles, en el siglo V a.C., fue el primero en proponer unateoría
filosófica de los elementos y las fuerzas que actuaban entre ellos. Más tarde, Demócrito
sugirió que la materia estaba compuesta de unidades indivisibles a las que denominó
átomos. Y fue el químico inglés John Dalton, en el siglo XIX, quien reactivó la idea de
Demócrito al proponer que cada elemento químico está compuesto de átomos distintos.
Sin embargo, la gran profusión deelementos químicos encontrados así como las
regularidades que, por grupos, presentaban en su comportamiento hizo suponer que éstos
no eran los componentes últimos de la materia.
En el siglo XX, dos nuevas teorías, la Mecánica Cuántica y la Teoría de la Relatividad,
proporcionan nuevas ideas y líneas de trabajo que dan un soberbio empuje a nuestros
conocimientos. Empíricamente se demuestra que losátomos no son los componentes
últimos de la materia, sino que poseen estructura. Gracias a los experimentos de
científicos como Rutherford, se observa que la materia está esencialmente vacía: en los
átomos, casi toda la materia se concentra en un núcleo central compuesto de protones y
neutrones. Una nube de electrones que rodea al núcleo garantiza la neutralidad eléctrica
de los diferenteselementos químicos.
El desarrollo tecnológico experimentado durante el siglo XX en el campo de los
aceleradores y colisionadores, así como en el de técnicas de detección permitió descubrir,
en experimentos con rayos cósmicos y mas tarde con haces artificiales, un gran número de
nuevas partículas: muones, piones, kaones, etc. Asimismo se descubrió la existencia de la
antimateria: partículas con lamisma masa que las partículas de materia pero con otras
propiedades, como por ejemplo la carga eléctrica, opuestas a las de las partículas. Todas
estas partículas sabemos que interaccionan a través de cuatro fuerzas fundamentales: la
gravitatoria, la electromagnética, la débil (responsable de las desintegraciones
radiactivas) y la fuerte (responsable de unir protones y neutrones en los núcleosatómicos).
El creciente número de descubrimientos llevó una vez más a replantearse el concepto de
partícula elemental. Actualmente consideramos que las partículas elementales son de tres
tipos: los leptones (partículas que no interaccionan fuertemente), los quarks (partículas
que sí interaccionan fuertemente) y las partículas mediadoras de las interacciones. En la
Figura 1 mostramos unaclasificación de las partículas elementales. El fotón es la partícula
responsable de las interacciones electromagnéticas, las W y la Z se intercambian en las
interacciones débiles y los ocho gluones son los responsables de la fuerza fuerte. A los

leptones y los quarks se les conoce en nuestro argot como campos de materia. Como
puede apreciarse en la Figura 1 aparecen agrupados en tresfamilias. En cada familia
tenemos un leptón cargado (el electrón, el muón y el tau) y su correspondiente leptón
neutro (el neutrino). Además tenemos dos quarks por familia. Estas partículas presentan
cargas eléctricas fraccionarias y se combinan para producir hadrones (partículas que
interaccionan fuertemente). Así el protón está constituido de dos quarks u y un quark d,
mientras que el neutrón...