El Gran Colisionador de Hadrones (LHC, por sus siglas en inglés) es la máquina científica más grande construida para estudiar la materia en su nivel más profundo. Su función es acelerar partículas subatómicas —como los protones, que forman parte del núcleo de los átomos— hasta energías extremadamente altas y hacerlas colisionar entre sí. En esos impactos se concentra una enorme cantidad de energía en un espacio diminuto, recreando condiciones semejantes a las que existieron poco después de la Gran Explosión.
El LHC es un anillo subterráneo de 27 kilómetros donde circulan haces de partículas en sentidos opuestos hasta encontrarse y chocar. En los puntos de colisión se encuentran enormes sistemas de detección, es decir, instrumentos diseñados para registrar las partículas que emergen tras el impacto.
En esta infraestructura operan cuatro grandes experimentos: ATLAS, CMS, LHCb y ALICE. Cada uno es, en esencia, un detector gigantesco con un propósito específico. ATLAS y CMS son experimentos de propósito general: estudian todo lo que pueda surgir en colisiones de alta energía y buscan nuevas partículas o fenómenos físicos. LHCb se concentra en analizar con gran precisión ciertas partículas que permiten estudiar diferencias entre materia y antimateria.
ALICE (A Large Ion Collider Experiment), en cambio, fue diseñado para investigar qué ocurre cuando la materia alcanza temperaturas y densidades extremas.
Para lograrlo, el LHC no solo hace chocar protones. También puede acelerar iones de plomo, es decir, núcleos atómicos mucho más pesados. El plomo tiene una masa aproximadamente 207 veces mayor que la del protón. Cuando estos núcleos pesados colisionan, se genera una concentración excepcional de materia nuclear y energía.
Bajo esas condiciones, los componentes internos de los protones y neutrones —llamados quarks y gluones— pueden liberarse momentáneamente. A este estado se le conoce como plasma de quarks y gluones (QGP, por sus siglas en inglés). Desde la década de 1990, los físicos propusieron que este plasma debió existir instantes después de la Gran Explosión. En 2005 se confirmó su existencia experimentalmente, y desde el inicio de operaciones del LHC, el experimento ALICE se dedica a estudiarlo.
La participación mexicana en ALICE comenzó con la construcción de instrumentos de detección específicos.
Uno de ellos fue el detector V0, diseñado para medir cuántas partículas se producen en cada colisión y cómo se distribuyen. Esta información es esencial para clasificar y comprender los eventos registrados.
Otro fue ACORDE (A Cosmic Ray Detector for ALICE), un sistema construido para registrar partículas provenientes de rayos cósmicos que atraviesan más de 50 metros de roca antes de llegar a la caverna del experimento. Esto permite distinguir señales externas de las producidas por las colisiones del LHC y, al mismo tiempo, estudiar fenómenos asociados a esos rayos cósmicos.
El Gran Colisionador de Hadrones acelera partículas para estudiar la estructura más profunda de la materia.
Posteriormente se desarrolló el detector ADD (ALICE Diffractive Detector), enfocado en analizar colisiones no completamente frontales, es decir, impactos que dejan señales más sutiles en el centro del experimento. Actualmente el grupo mexicano trabaja en el FDD (Forward Diffractive Detector), una versión actualizada adaptada a las nuevas condiciones de operación del LHC.
Cada uno de estos sistemas forma parte de un conjunto mayor. No son dispositivos aislados, sino elementos integrados que permiten reconstruir lo ocurrido en cada colisión.
Detrás de estos desarrollos hay más de dos décadas de trabajo de investigadores y estudiantes de instituciones públicas mexicanas como la Benemérita Universidad Autónoma de Puebla (BUAP), el Centro de Investigación y de Estudios Avanzados (CINVESTAV), la Universidad Autónoma de Sinaloa (UAS) y la Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM). En sus laboratorios se diseñaron, construyeron y probaron estos sistemas antes de integrarlos en el CERN.
El caso de ACORDE ilustra ese recorrido. La propuesta fue presentada en 2002 ante la Colaboración Internacional ALICE. Tras dos años de desarrollo fue aceptada e incorporada al programa científico en 2004. En 2006 comenzó a utilizarse para calibrar uno de los detectores centrales del experimento, demostrando alta eficiencia y sensibilidad. Operó de manera estable hasta 2018.
México contribuye con detectores clave dentro del experimento ALICE.
Además del desarrollo instrumental, el grupo mexicano participa activamente en el análisis de los datos obtenidos por ALICE. De este trabajo han surgido numerosos artículos científicos sobre colisiones de iones pesados. Entre los resultados más relevantes se encuentra la evidencia de que el plasma de quarks y gluones puede generarse no solo en colisiones entre núcleos pesados, sino también en choques protón-protón o protón-núcleo, lo que amplió la comprensión de estos procesos en la cromodinámica cuántica.
El LHC permite recrear, por instantes, condiciones semejantes a las del universo temprano. ALICE estudia ese estado extremo de la materia. Y en ese esfuerzo, México forma parte activa de una colaboración científica internacional que busca comprender cómo evolucionó la materia desde sus primeras etapas hasta constituir el universo que hoy habitamos.
