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Cómo un experimento ha logrado “crear” materia a partir de la luz

Los científicos que operan el Gran Colisionador de Hadrones reportaron este sorprendente resultado obtenido en una de sus pruebas.

Gran Colisionador de Hadrones (LHC). Imagen: CERN.
Gran Colisionador de Hadrones (LHC). Imagen: CERN.
Renzo Gonzales

La definición más estricta de la palabra “crear” es producir algo de la nada, una facultad que generalmente se le otorga a Dios —o a los dioses, en ciertas culturas—. No obstante, durante un experimento que tuvo lugar en el Gran Colisionador de Hadrones (LHC), un grupo de científicos presenció un evento que evoca esa capacidad sobrenatural: la generación de materia a partir de la luz.

Nosotros, los demás seres vivos y todo aquello que podemos ver, sentir o respirar, está hecho de materia, la cual está compuesta por átomos; estos a su vez están formados por electrones, neutrones y protones. En el LHC, un anillo de 27 kilómetros de circunferencia ubicado en la frontera franco-suiza, se provoca el choque de protones a velocidades cercanas a la luz (300.000 km/s) para obtener partículas aún más pequeñas, como quarks, leptones y bosones.

Segmento del LHC. Imagen: Martial Trezzini/AP.

Al realizar este proceso, los científicos aplican la famosa ecuación de Albert EinsteinE=mc²” (energía es igual a la masa multiplicada por la velocidad de la luz al cuadrado), ya que la diminuta masa de las partículas produce grandes cantidades de energía al chocar. Finalmente, esta energía se transforma en la ínfima cantidad de masa distribuida en las nuevas partículas que se generaron.

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Los investigadores del LHC también han probado con el choque de fotones, las partículas elementales de la luz. Lo interesante de los fotones es que transportan energía sin poseer masa. Por esa razón, este tipo de ensayo se perfilaba como algo más exótico.

En los primeros intentos, observaron cómo rebotaban entre sí y producían dos nuevos fotones. Sin embargo, este año, el detector ATLAS instalado en un sector del anillo, captó una fusión de dos fotones que formaron bosones W, partículas elementales con masa. En otras palabras, produjeron materia usando solo energía, en este caso, luz.

Representación de un choque de partículas en el LHC. Imagen: CERN.

En el reporte de este hallazgo, publicado el 29 de julio de 2020 tras varios años de observaciones y análisis, los científicos del CERN (Organización Europea para la Investigación Nuclear) destacan que el evento también ha demostrado la unificación de dos de las cuatro fuerzas fundamentales de la naturaleza: la interacción electromagnética (transportada en los fotones) y la interacción débil (transportada en los bosones W y Z).

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Mientras que la fuerza electromagnética es la base de los fenómenos eléctricos y magnéticos, manifestados en la tecnología que usamos a diario; la interacción débil es la responsable de las reacciones nucleares, como la desintegración de los átomos radiactivos o la fusión de elementos que ocurre en el Sol.

Dado que a energías extremadamente altas la fuerza electromagnética se combina con la fuerza débil, el violento choque de fotones en el LHC produjo bosones W. Según los investigadores, esta unión de fuerzas formó la llamada interacción electrodébil, un fenómeno predicho por tres científicos cuya teoría les hizo ganar el Premio Nobel de Física en 1979.

La interacción o fuerza electrodébil describe el estado del universo instantes después del Big Bang, cuando recién se habían separado las otras dos fuerzas de la naturaleza: la gravedad y la interacción nuclear fuerte. Hoy somos testigos de un fenómeno que sucedió hace más de 13.800 millones de años.