¿Los experimentos realizados en el CERN ocurren en la naturaleza?

La física de partículas no es como la biología, no existe un estado “in natura” en el que las cosas sucedan de manera diferente que en un estado cautivo o controlado. La física sucede lo mismo en todas partes. En todas partes hay “naturaleza”.

En física (teoría de campo cuántico) calculamos las probabilidades de que ocurra alguna interacción con algún estado final fijo. Sucede que normalmente tenemos varias formas de alcanzar un estado final, a través del intercambio de diferentes partículas. Estos intercambios ocurren incluso si no tienes la energía para crear las partículas que aparecen en el medio del proceso. Solo importa que el estado final conserve la energía.

Entonces, incluso si en este momento, el universo no tiene energía térmica para que se creen los bosones de Higgs, sí participan de una manera (indirecta) en la interacción de partículas. Por lo tanto, ellos “existen”.

Estoy bastante seguro de que tenemos muchas colisiones mucho más fuertes que las de LHC en todo el universo. Pero todos están dispersos. En LHC, los científicos están investigando eventos realmente muy raros de tal manera que es imposible esperar que alguna fuente natural produzca la cantidad de colisiones que necesitamos para estar estadísticamente seguros de que existe el bosón de Higgs.

Respondiendo a la pregunta original: los experimentos no, pero los procesos de física están sujetos a los experimentos del CERN: SÍ. En la competencia sobre la energía de colisión, la naturaleza gana, por supuesto, pero en la concentración (en el espacio y el tiempo) de las reacciones específicas de alta energía, es el LHC en el CERN el que gana. Históricamente, la física de partículas nació a través de la observación de procesos naturales inducidos por rayos cósmicos (en la cámara de Wilson, por ejemplo), pero luego se hizo un gran progreso cuando los primeros aceleradores se construyeron con éxito. En el laboratorio, las colisiones ocurren en condiciones muy bien controladas, lo que hace que sea mucho más fácil cuantificar los resultados de tales procesos y construir los modelos y teorías adecuadas de la física de partículas. Luego, a su vez, estos modelos pueden usarse para comprender mejor los procesos de la escala cósmica, de modo que “infinitamente grande se encuentra infinitamente pequeño”, como en el caso de la cosmología.

Los experimentos en el CERN involucraron la aceleración de partículas a energías extremadamente altas. Sin aceleradores, no se producirían partículas con ese tipo de energía en la Tierra, o probablemente en cualquier parte del sistema solar. Ocasionalmente observamos partículas en rayos cósmicos con partículas en los niveles de energía del CERN o más altos (ver partícula Oh-My-God), pero estas son de muy baja frecuencia y demasiado difíciles de obtener mediciones precisas para ser un medio viable de encontrar nuevos Partículas de alta energía. Sin embargo, eso no significa que los experimentos en el CERN no tengan relevancia para la Tierra. Para profundizar en esto, tomaré su ejemplo del bosón de Higgs. Nuestra teoría actual de la física (el modelo estándar) predice que un “campo de Higgs” impregna todo el universo y le da a las partículas su masa. Este campo está mediado por el bosón de Higgs, al igual que el campo electromagnético está mediado por fotones. Sin embargo, a diferencia del fotón, el bosón de Higgs es muy masivo y, por lo tanto, no puede observarse a energías normales. El CERN nos permite llegar a las energías a las que se puede observar el bosón de Higgs. La confirmación experimental de la existencia de esta partícula ayuda a respaldar nuestro modelo estándar de física, que subyace al comportamiento de todo en el universo.

El Universo ha tenido una larga historia y, en los primeros tiempos, era muy caluroso y enérgico, y siempre ocurrían colisiones similares a las del CERN.

Pero las leyes de la física no dependen de quién hace qué o si algo ha sucedido o no antes. Existen en el sentido de que si usted, yo, los marcianos o alguna civilización en M31 hacemos algo, obtendrán la misma respuesta. No necesitan ser utilizados para existir.

Suceden en la naturaleza. Los aceleradores y detectores del CERN son solo una configuración experimental diseñada para detectarlos y medirlos.

Esto es similar a la congelación del agua en la naturaleza y al enfriamiento del agua en una botella para medir la temperatura de congelación porque hay una teoría que establece que se congelará a 273 K.