¿Por Qué Mayores Energías?

¿Por qué cada vez se busca mayores energías en los aceleradores de partículas?. Una respuesta sería, para romper la materia en trozos mas pequeños y poder verlos. Pero una razón más profunda se encuentra en la esencial dualidad onda-partícula, y el hecho de que la resolución posible de cualquier tipo de sistema de formación de imágenes, es del orden de la longitud de onda de las ondas utilizadas en la formación.

Los microscopios ópticos (de luz), no puede resolver detalles más pequeños que la longitud de onda de la luz. Esta limitación está relacionada con el criterio de Rayleigh para la resolución final de un sistema de imagen. Los microscopios electrónicos tienen una mayor resolución, debido a que las propiedades ondulatorias asociadas con los electrones, tienen longitudes de onda mucho más cortas. La fórmula de De Broglie que nos permite calcular estas longitudes de onda, implica que un momento mayor (y por tanto, mayor energía) de electrón, tiene una longitud de onda más corta.

El extremadamente pequeño tamaño nuclear, implica que tendrá que utilizarse partículas de mayor energía, para resolver los detalles de su estructura, y para sondear los detalles mas pequeños, se requieren partículas de mayores y mayores energías, con las que se pueden hacer la formación de imágenes.

En última instancia, la energía necesaria para la resolución de pequeños detalles estructurales, estará más allá de nuestra capacidad en la Tierra. Esto ha dado lugar a una cooperación más estrecha entre las investigaciones de lo muy pequeño y las investigaciones de lo muy grande, porque sólo en la consideración de la cosmología y las altas energías que intervienen en los procesos de formación del universo, se pueden encontrar información acerca de lo muy pequeño.

Conexión entre las Partículas y la Cosmología

La búsqueda de lo muy pequeño requiere muy altas energías. Los descubrimientos necesarios para la unificación electrodébil, estaban cerca del extremo superior de las energías disponibles en la actual generación de los aceleradores de partículas. El establecimiento de la Gran Unificación está más allá de los límites prácticos de los laboratorios terrestres. Esto obliga a los físicos de partículas a mirar hacia el exterior, a los fenómenos astrofísicos que puedan tener energía suficiente para arrojar algo de luz, sobre cualquier nuevo intento de unificar las cuatro fuerzas fundamentales.

Los modernos esfuerzos en la formulación de los modelos cosmológicos como el modelo del Big Bang, fueron estimulados por evidencias tales como la radiación de fondo cósmico de 3K. Pero cuando se modela un universo muy caliente de alta energía, donde la materia estaría en un estado muy diferente de la materia en la Tierra, los cosmólogos consideraron necesario hacer uso de los resultados de los físicos de partículas en los aceleradores de alta energía. Los investigadores de lo muy grande y lo muy pequeño, se han reunido en cooperación, ya que el estudio del origen de la materia y su naturaleza básica, tienen mucho en común.