En 1911 se creía que los átomos estaban compuestos por una esfera con carga positiva repartida uniformemente por todo su volumen, y que dentro de ésta se encontraban unas pequeñas partículas, llamadas electrones, con carga negativa y una masa muy pequeña. También se conocía que el tamaño de los átomos debía de ser del orden de un angstrom (10-10 metros, una diez mil millonésima parte del metro).

Entonces, un experimento que se les ocurrió hacer para comprobar dicho modelo del atomo, conocido como modelo de Thomson, a Geiger y a Marsden (a sugerencia de Rutherford), fue lanzar partículas alpha (partículas que tienen carga positiva) contra una fina lámina de oro.

¿Qué debería ocurrir?

Dado que se lanzaban partículas con carga positiva y con una masa mucho mayor a los electrones, deberían ser atraídas por dichos electrones, a la vez que serían repelidas por la carga positiva del átomo. Debido a que la carga positiva del átomo estaba difusa por todo el volumen de la esfera, esta carga no debería interferir demasiado. Y como la masa de las partículas alfa era mucho mayor a la de los electrones, la fuerza que ejercían los electrones debería de desviar un ángulo pequeño a las partículas, obteniendo que éstas se dispersaban ligeramente respecto de su dirección inicial.

¿Qué se observó?

Lo que realmente se observó fue que un gran número de las partículas lanzadas se desviaba un pequeño ángulo, lo que cumplía las previsiones.
Sin embargo, también se observó que varias partículas eran repelidas unos ángulos enormes, llegando algunas incluso a “dar marcha atrás” y salir en dirección contraria a donde se estaban lanzando.

Esto, para la idea que se tenía acerca del átomo, era tan impresionante e imprevisible que, en palabras del propio Rutherford, era igual a si se disparaba una bala contra una hoja de papel y ésta rebotase.

Conclusiones y nuevo modelo

Por lo tanto, la única salida posible fue que el modelo de Thomson era erróneo, y la carga positiva del átomo se debería concentrar en una esfera (el núcleo) de pequeño diámetro en el centro de éste.
Con esto, se tenía que si las partículas pasaban a una distancia suficiente, se obtenía un comportamiento similar al modelo de Thomson. Mientras que si las partículas se acercaban de frente al núcleo, éstas deberían ser repelidas hacia atrás, que era exactamente lo que ocurría.
A este modelo se le llamó modelo de Rutherford por ser él quien lo enunció, y consiguió traer de nuevo la paz a la física, con una teoría consistente con la experiencia, aunque por muy poco tiempo…

Hawking apostó a que el acelerador no hallará la partícula de Dios

La puesta en marcha, el pasado miércoles, del Gran Colisionador de Hadrones (LHC) ha desatado una contienda entre dos de los cerebros más famosos del mundo. Los científicos británicos Stephen Hawking y Peter Higgs se han enzarzado en una polémica a propósito del colosal experimento que el Consejo Europeo para la Investigación Nuclear, el CERN, ha puesto en marcha en Ginebra para probar la existencia de una partícula elemental que supuestamente originaría la masa de las otras partículas subatómicas y que lleva el nombre de uno de los contendientes: el bosón de Higgs. El martes, previo encendido del LHC, Hawking apostó 100 dólares (70,4 euros) a que el experimento no servirá para dar con tal partícula. Tras poner en marcha con éxito el LHC, Higgs –a quien la apuesta no le hizo ni pizca de gracia– criticó en rueda de prensa el trabajo de Hawking.

En 1964, Higgs teorizó sobre la existencia de dicho bosón. Esta sería la partícula que explicaría el origen de la materia y, por lo tanto, del Universo. De aquí que al bosón de Higgs también se le conozca bajo el nombre de partícula de Dios, gracias al Nobel estadounidense Leon Lederman, que plasmó este término en un libro de divulgación científica.

La teoría de Higgs fue la que impulsó al CERN a concebir el experimento del LHC, que ha tardado unas dos décadas en materializarse, ha costado más de 4.000 millones de euros y en el que han intervenido más de 10.000 científicos. Vistas las cifras, es lógico entender la ira de Higgs ante la frívola apuesta de Hawking, sobre todo porque si el LHC demuestra la existencia de la partícula de Dios, el autor de la teoría y, de rebote, el CERN tendrán bastantes números para recibir el premio Nobel. No obstante, Hawking argumentó que para la comunidad científica “sería mucho más estimulante” no hallar una partícula que explique el universo en su totalidad ya que ello “nos permitiría seguir pensando”.

LOS HACES. Dos haces de partículas subatómicas llamadas hadrones atravesarán el acelerador circular en direcciones opuestas. Con cada vuelta que den, ganarán energía hasta acercarse a la velocidad de la luz.

IMANES. Un total de 9.300 imanes dirigirán los haces, mientras que otros instrumentos inyectarán energía para que las partículas no dejen de moverse.

TEMPERATURA Y VACÍO. El acelerador opera a una temperatura de 271 grados centígrados bajo cero para que no pierda energía y en su interior se trabaja en vacío, para imitar el medio ambiente del espacio.

DETECTORES. Las partículas chocan en cuatro puntos concretos del acelerador. Allí hay colocados cuatro enormes detectores – tan grandes como catedrales-, que analizarán las cantidades ingentes de energía y la temperatura que se producirán a consecuencia de la colisión. También estudiarán el comportamiento de las partículas resultantes del choque y las condiciones que se creen.

NUEVOS DATOS. Se generará el 1% de la información de todo el mundo.

El considerado experimento científico del siglo, la puesta en marcha del mayor acelerador de partículas del mundo, concebido para explorar los enigmas del Universo, arrancó hoy con éxito en el Laboratorio Europeo de Física de Partículas (CERN).

En medio del júbilo de los científicos, que desde hace años esperaban este momento, el primer haz de millones de protones, que había sido inyectado en el acelerador, logró dar una vuelta completa, en una hora, al gigantesco túnel circular subterráneo de 27 kilómetros, situado bajo la frontera suizo-francesa.

Unas horas después, otro haz de partículas, introducido en dirección opuesta, en esta ocasión en sentido contrario a las agujas del reloj, conseguía igualmente recorrer todo el acelerador. “Hoy es un día histórico después de 20 años de trabajo y esfuerzos de miles de científicos del mundo”, dijo a la prensa el director general del CERN, Robert Aymar. “Por primera vez se ha conseguido que el acelerador aceptara las partículas y éstas circularan”, señaló.

En la experiencia de hoy, sin embargo, las partículas se lanzaron a muy poca velocidad y tramo a tramo para comprobar que todas las piezas del acelerador, el Gran Colisionador de Hadrones (LHC) funcionasen correctamente.

Tras el éxito de estas primeras pruebas, la pregunta que flota en el aire es cuándo se producirán las primeras colisiones frontales de partículas a la velocidad próxima a la de la luz, es decir, cuándo se recrearán los instantes posteriores al Big Bang, el momento soñado por los científicos, pero temido por aquellos que creen que será el fin del mundo. “No sé cuánto se tardará. Es muy difícil saberlo. Dependerá de cuándo la máquina funcione a pleno rendimiento, pero esperamos que sea en unos meses”, dijo Lyn Evans, director del proyecto del LHC.

Los científicos del CERN comenzarán mañana mismo a inyectar haces en sentidos opuestos, y en pocas semanas podrían producirse las primeras colisiones, pero con baja energía, hasta alcanzar a finales de este año un máximo de energía de 5 TeV (taraelectrovoltios).

Cuatro enormes detectores -ATLAS, ALICE, LHCb y CMS-, instalados en el acelerador a modo de radares para observar las colisiones frontales entre los protones, serán los encargados de observar los millones de datos que se generen.

Con un coste de 4.000 millones de euros, el experimento sin precedentes del LHC fue hoy justificado por sus principales responsables y destacados expertos. “Sabemos que, a pesar de los grandes conocimientos que tenemos del Universo, desconocemos el 95 por ciento de la materia, y ahora tenemos el mecanismo para transformar la teoría filosófica del Big Bang en física experimental, lo que es absolutamente fantástico”, afirmó Carlos Rubbia, Premio Nobel de Física en 1984.

“Ahora estamos en posición de poder retrotraernos más y más atrás, al origen del Universo, y de poder no sólo observar, sino simular, esos instantes”, subrayó el físico italiano. “Saber de dónde venimos y adónde vamos siempre ha sido la pregunta que se ha hecho el hombre”, dijo, por su parte, Aymar.

Pero subrayó que los descubrimientos del CERN trascienden a la física teórica y tienen destacadas aportaciones prácticas, como en el campo de la medicina, pero también en ejemplos como el ahora imprescindible “www”, inventado por científicos del centro en 1990.

Uno de los grandes objetivos del LHC es descubrir el hipotético bosón de Higgs, llamado por algunos “la partícula de Dios” y que sería la número 25, tras las 24 ya constatadas.

La existencia de esa partícula, que debe su nombre al científico que hace 30 años predijo su existencia, se considera indispensable para explicar por qué las partículas elementales tienen masa y por qué las masas son tan diferentes entre ellas y confirmaría los modelos que utiliza la física para explicar el Universo, las fuerzas y su relación.

“Estamos convencidos de que lo que llamamos el modelo estándar (que domina en la física) no está completo”, explicó Aymar, aunque auguró, que para ser realistas, no se hará un descubrimiento de ese calibre antes de tres años.

Si el bosón de Higgs existe, podría detectarse tras la colisión de partículas en el LHC a velocidad cercana a la de la luz, aseguran los expertos.

El director del proyecto del LHC, Lyn Evans, destacó, por su parte, que este acelerador “es un ejercicio masivo de colaboración mundial, en el que han participado científicos y expertos de muchos países, razas y religiones”.

Cerca de 10.000 científicos han tomado parte en este proyecto del CERN, un organismo propiedad de 20 estados europeos, pero en el que muchos otros países tiene estatuto de observador.

El Gran Colisionador de Hadrones (en inglés Large Hadron Collider o LHC, siglas por las que es generalmente conocido) es un acelerador colisionador de partículas localizado en el CERN, cerca de Ginebra (en la frontera franco-suiza). El LHC se diseñó para colisionar haces de protones de 7 Tev de energía, siendo su propósito principal examinar la validez y límites del Modelo Estándar, el que es actualmente el marco teórico de la física de partículas, del cual se conoce su ruptura a niveles de energía altos. El LHC se convertirá en el acelerador de partículas más grande y energético del mundo. Más de 2000 físicos de 34 países y cientos de universidades y laboratorios han participado en su construcción.

Hoy en día el colisionador se encuentra enfriándose hasta que alcance su temperatura de funcionamiento, que es de 1.9 K (menos de 2 grados sobre el cero absoluto o −271.25 °C). Los primeros haces de partículas fueron inyectados el 1 de agosto de 2008, el primer intento para hacer circular los haces por toda la trayectoria del colisionador se producirá el 10 de septiembre de 2008 mientras que las primeras colisiones a alta energía tendrán lugar después de que el LHC se inaugure de forma oficial el 21 de octubre de 2008.

Teóricamente se espera que, una vez en funcionamiento, se produzca la partícula másica conocida como el bosón de Higgs (a veces llamada “la partícula de Dios” ). La observación de esta partícula confirmaría las predicciones y “enlaces perdidos” del Modelo estándar de la física, pudiéndose explicar cómo adquieren las otras partículas elementales propiedades como su masa. Verificar la existencia del bosón de Higgs sería un paso significativo en la búsqueda de una Teoría de la gran unificación, teoría que pretende unificar tres de las cuatro fuerzas fundamentales conocidas, quedando fuera de ella únicamente la gravedad. Además este bosón podría explicar por qué la gravedad es tan débil comparada con las otras tres fuerzas. Junto al bosón de Higgs también podrían producirse otras nuevas partículas que fueron predichas teóricamente, y para las que se ha planificado su búsqueda, como los strangelets, los micro agujeros negros, el monopolo magnético o las partículas supersimétricas.

El nuevo acelerador usa el túnel de 27 km de circunferencia creado para el Gran Colisionador de Electrones y Positrones (LEP en inglés).