El Gran Colisionador de Hadrones (LHC, por sus siglas en inglés) aceleró por primera vez átomos de plomo a los que se les dejó un solo electrón, este experimento es uno de los muchos que se realizan en este acelerador y colisionador de partículas de la Organización Europea para la Investigación Nuclear, que se ubica en la frontera francosuiza, donde se buscan respuestas a múltiples preguntas relacionadas con la física de partículas.

El pasado 25 de julio se realizaron pruebas para conocer si el LHC algún día podría operar como una fábrica de rayos gamma y tras las observaciones hechas por los investigadores concluyeron que sí era posible. En este escenario, los científicos dispararían átomos circulantes con un láser, haciendo que el electrón saltara a un nivel de energía más alto.

“Acelerar átomos da la posibilidad de usar un haz láser para excitar a los electrones para que estos emitan luz”, plantea Gerardo Herrera Corral, investigador del Centro de Investigación y Estudios Avanzados y colaborador en el detector ALICE (A Large Ion Collider Experiment), uno de los siete experimentos del LHC.

El físico explica que, en circunstancias normales, esta partícula de luz no sería muy energética, por ello se busca que el átomo se mueva cerca de la velocidad de la luz, de esta manera la energía del fotón emitido se incrementaría y su longitud se acortaría en la dirección de vuelo como resultado del efecto Doppler.

Sí es posible

Herrera Corral considera que el experimento “se vuelve muy interesante por las longitudes de onda que se alcanzan y que son provocadas por la velocidad a la que viajan los átomos en el acelerador”. Considera que fue un ejercicio que puso a prueba el principio “y se pudo mostrar que sí funciona”. El paso siguiente será usar un láser para excitar al átomo y llevarlo a un nivel de energía de tal manera que al estabilizarse emita luz. Esa emisión de luz es la radiación gamma.

“Los rayos gamma pueden ser útiles en la investigación de materiales, en usos médicos y en casos de muy alta energía para explorar la estructura de la materia”, agregó el miembro de la Academia Mexicana de Ciencias, uno de los 2500 científicos.

En un comunicado de prensa del CERN, Michaela Schaumann, ingeniera del LHC, destaca que “descubrir que era posible) fue el primer paso" y ahora “se están investigando nuevas ideas de cómo se podría ampliar el actual programa de investigación e infraestructura del CERN”.

La aceleración de los núcleos de plomo con un electrón restante puede ser un desafío debido a la delicadeza de estos átomos. "Es realmente fácil quitar el electrón accidentalmente", explica Schaumann, y cuando esto sucede “el núcleo se estrella contra la pared del tubo porque su carga ya no está sincronizada con el campo magnético del LHC".

Durante el funcionamiento normal del Gran Colisionador de Hadrones se produce un flujo constante de colisiones de protón contra protón, luego se destruyen los núcleos atómicos aproximadamente cuatro semanas justo antes del cierre anual de invierno. Pero durante apenas unos días al año, los físicos prueban algo completamente nuevo durante los períodos de desarrollo de la máquina. Anteriormente, aceleraron los núcleos de xenón en el LHC y probaron otros tipos de iones de plomo parcialmente despojados en el acelerador de SPS (supersincrotrón de protones de 6.9 kilómetros de largo situado en el CERN).

“Este recorrido especial del LHC fue realmente el último paso en una serie de pruebas", señala por su parte el físico Witold Krasny, quien coordina un grupo de estudio de alrededor 50 científicos para desarrollar nuevas formas de producir rayos gamma de alta energía.

Durante la primera ejecución, los operadores inyectaron 24 paquetes de átomos y lograron un haz estable de baja energía dentro del LHC durante una hora. "Si demasiadas partículas se salen de curso, el LHC vacía automáticamente el rayo", acota Schaumann, quien precisa que su principal prioridad es proteger el LHC y sus imanes.

Estos rayos gamma tendrían suficiente energía para producir partículas de materia normales, como quarks, electrones e incluso muones, debido a que la materia y la energía son dos caras de la misma moneda, y estos rayos gamma de alta energía se transformarían en partículas masivas, también podrían transformarse en nuevos tipos de materia, como la materia oscura, así como ser fuente de nuevos tipos de haces de partículas, como un haz de muones.