AlegsaOnline.com

Gran Colisionador de Hadrones (LHC): definición, funciones y objetivos

Descubre el LHC: el mayor acelerador de partículas, su funcionamiento, objetivos y cómo sus colisiones revelan los secretos del universo y la física fundamental.

Autor: Leandro Alegsa

17-03-2026

Gran Colisionador de Hadrones (LHC) es el mayor y más potente acelerador de partículas del mundo, construido y operado por la Organización Europea para la Investigación Nuclear (CERN). Se trata de un túnel circular subterráneo de 27 kilómetros (17 millas) de circunferencia, situado entre 50 y 175 metros bajo tierra a lo largo de la frontera entre Suiza y Francia. En su construcción colaboraron más de 10.000 científicos e ingenieros de más de 100 países; el coste inicial se estimó en alrededor de 10.400 millones de francos suizos. Actualmente es una de las instalaciones experimentales más complejas y grandes del mundo.

Qué se estudia: hadrones y colisiones

Como su nombre indica, el LHC se dedica a la colisión de hadrones, es decir, partículas compuestas por quarks unidos por la fuerza fuerte. Un hadrón puede contener varios quarks; ejemplos familiares son los protones y los neutrones. En la mayoría de sus experimentos el LHC hace chocar haces de protones que circulan en sentidos opuestos y que han sido acelerados hasta energías extremas, cercanas a la velocidad de la luz. Al colisionar se liberan enormes cantidades de energía en volúmenes diminutos, recreando condiciones similares a las existentes en los primeros instantes del universo tras el big bang.

Cómo funciona

Los protones se aceleran en etapas mediante distintos aceleradores hasta inyectarlos en el anillo principal.
Campos magnéticos muy intensos (imanes superconductores) mantienen las trayectorias curvas y enfocan los haces; el LHC contiene más de 9.000 imanes superconductores.
Los imanes se enfrían mediante un sistema criogénico a temperaturas próximas al cero absoluto (alrededor de 1,9 K) usando helio superfluido para que funcionen en régimen superconductivo.
Las cavidades de radiofrecuencia (RF) aceleran las partículas y sincronizan los “paquetes” (bunches) de protones; el diseño permite energías de hasta 7 TeV por haz (14 TeV en el centro de masa), y en operación real el LHC ha alcanzado colisiones a 13–13,6 TeV en campañas recientes.
Detectores enormes y muy sofisticados registran los productos de las colisiones; los datos se filtran en tiempo real mediante sistemas de disparo (triggers) y se distribuyen mundialmente para su análisis.

Principales experimentos

En puntos determinados del anillo se ubican grandes detectores que capturan y analizan las colisiones. Los experimentos principales son:

ATLAS — detector multipropósito para búsquedas de nuevas partículas y medidas de precisión.
CMS — otro detector multipropósito complementario a ATLAS, implicado en descubrimientos clave.
ALICE — diseñado para colisiones de iones pesados y el estudio del plasma de quarks y gluones.
LHCb — especializado en física de mesones con quarks beauty (b) para estudiar asimetrías entre materia y antimateria (CP).

Estos experimentos combinan subdetectores como trazadores (trackers), calorímetros electromagnéticos y hadrónicos, y espectrómetros de muones, además de sistemas de electrónica y software complejos.

Logros y objetivos científicos

Descubrimiento del bosón de Higgs (2012): ATLAS y CMS anunciaron la observación de una partícula consistente con el bosón de Higgs, piedra angular del mecanismo que da masa a las partículas en el Modelo Estándar.
Pruebas de precisión del Modelo Estándar: mediciones de propiedades de partículas y procesos para confirmar o mostrar desviaciones respecto a las predicciones teóricas.
Búsqueda de nueva física: supersimetría, partículas candidatas a materia oscura, dimensiones adicionales y otras teorías más allá del Modelo Estándar.
Estudio del universo primitivo: colisiones de iones pesados recrean el plasma de quarks y gluones, permitiendo investigar cómo era la materia microsegundos después del big bang.
Física de sabor y CP: LHCb examina por qué el universo contiene más materia que antimateria mediante mediciones de violación CP.

Procesamiento de datos

Las colisiones generan cantidades enormes de información (petabytes cada año). Para gestionarlas, el LHC utiliza el Worldwide LHC Computing Grid, una infraestructura distribuida de cálculo que permite almacenar, procesar y analizar los datos por miles de investigadores en todo el mundo.

Seguridad y preocupaciones públicas

Desde su concepción surgieron preguntas y mitos sobre riesgos (microagujeros negros, destrucción de la Tierra, etc.). El CERN ha realizado evaluaciones de seguridad detalladas y revisadas por la comunidad científica internacional, concluyendo que los fenómenos previstos son inocuos: si se formaran microagujeros, según la física conocida serían extremadamente inestables y se evaporarían casi instantáneamente. Las colisiones del LHC también son similares a procesos naturales que ocurren por rayos cósmicos en la atmósfera terrestre desde hace miles de millones de años.

Futuro y mejoras

El LHC no es un proyecto estático: está programado el proyecto de mejora HL-LHC (High-Luminosity LHC), que aumentará notablemente la luminosidad —es decir, el número de colisiones por segundo— para multiplicar la muestra de datos y mejorar la sensibilidad a procesos raros. El objetivo es aumentar la luminosidad integrada por un factor de ~10 durante las próximas décadas, lo que permitirá medidas más precisas y ampliar la búsqueda de nueva física.

En resumen, el LHC es una herramienta única para explorar las leyes fundamentales de la naturaleza: desde confirmar teorías existentes como el Modelo Estándar hasta buscar fenómenos completamente nuevos que podrían transformar nuestra comprensión del espacio, el tiempo y la materia.

Mapa del Gran Colisionador de Hadrones del CERN

Cómo funciona

El LHC ioniza los átomos de hidrógeno para obtener sus protones. Un átomo de hidrógeno está formado por un solo protón y un electrón. Cuando ionizan los átomos, eliminan el único electrón para darle una carga positiva neta. Los protones de hidrógeno son entonces dirigidos a través del círculo por electroimanes. Para que los imanes sean lo suficientemente fuertes, debe estar muy frío. El interior del túnel se enfría con helio líquido. Se mantiene la temperatura justo por encima del cero absoluto. Los protones chocan entre sí a una velocidad cercana a la de la luz y se convierten en energía mediante E=mc² . A continuación, se invierte y se crea masa. En el lugar de la colisión hay cuatro capas de detectores. La explosión pasa por cada capa y cada detector registra una etapa diferente de la reacción.

Cuando las partículas chocan entre sí, su energía se convierte en muchas partículas diferentes, y los detectores sensibles hacen un seguimiento de las piezas que se crean. Observando atentamente los datos del detector, los científicos pueden estudiar de qué están hechas las partículas y cómo interactúan. Esta es la única manera de detectar algunas partículas porque se necesita una energía muy alta para crearlas. Las colisiones de partículas del LHC tienen la energía necesaria.

El LHC consta de tres partes principales. Está el acelerador de partículas, los cuatro detectores y la Red. El acelerador crea la colisión, pero los resultados no se pueden observar directamente. Los detectores los convierten en datos utilizables y los envían a la Grid. La Grid es una red informática que los investigadores utilizan para interpretar los datos. Hay 170 ubicaciones en 36 países diferentes que están llenas de ordenadores de sobremesa normales. Todos estos ordenadores están conectados y juntos actúan como un superordenador. La Grid del LHC se considera el superordenador más potente jamás construido. Los ordenadores comparten la potencia de procesamiento y el espacio de almacenamiento de datos.

La Rejilla es muy potente, pero sólo es capaz de tomar alrededor del uno por ciento de los datos que recibe de los detectores. Sus limitaciones han motivado los intentos de crear ordenadores cuánticos, que podrían utilizar lo que el LHC nos ha enseñado sobre la mecánica cuántica para hacer ordenadores más rápidos.

Los científicos utilizaron el LHC para encontrar el bosón de Higgs, una partícula cuya existencia predice el Modelo Estándar.

Algunos pensaron que el LHC podría crear un agujero negro, lo que sería muy peligroso. Hay dos razones para no preocuparse. La primera es que el LHC no hizo nada que no hagan los rayos cósmicos que golpean la Tierra cada día, y estos rayos no crean agujeros negros. La segunda razón es que incluso si el LHC creara agujeros negros, éstos serían muy pequeños. Cuanto más pequeño es un agujero negro, más corta es su vida. Los agujeros negros muy pequeños se evaporarían antes de poder dañar a la gente.

El LHC se utilizó por primera vez el 10 de septiembre de 2008, pero no funcionó porque se rompió un sistema de refrigeración. Los imanes que ayudan a mover las partículas cargadas deben estar fríos. El fallo provocó el colapso de parte de la instalación. El laboratorio cerró durante el invierno y el colisionador no volvió a utilizarse hasta noviembre de 2009. Mientras se reparaba, los científicos utilizaron el Tevatron para buscar el Bosón de Higgs. Cuando el LHC se reinició en noviembre de 2009, estableció un nuevo récord de velocidad al acelerar protones a 1,18 TeV (teraelectronvoltios, o trillones de electronvoltios). El 30 de marzo de 2010, el LHC creó una colisión a 3,5 TeV.

Preguntas y respuestas

P: ¿Qué es el Gran Colisionador de Hadrones (LHC)?

R: El LHC es el acelerador de partículas más grande y potente del mundo. Fue construido por la Organización Europea para la Investigación Nuclear (CERN) y es un gigantesco túnel circular construido bajo tierra.

P: ¿Dónde se encuentra el LHC?

R: El LHC se encuentra bajo la frontera de Suiza y Francia. Su túnel tiene una longitud de 17 millas (27 kilómetros) y se encuentra entre 50 y 175 metros bajo tierra.

P: ¿Quién ha trabajado en la construcción del proyecto?

R: 10.000 científicos e ingenieros de más de 100 países diferentes trabajaron juntos para construir este proyecto.

P: ¿Cuánto costó construirlo?

R: El proyecto costó 10.400 millones de francos suizos (10.000 millones de dólares).

P: ¿Qué partículas se utilizan en los experimentos del LHC?

R: Principalmente, en los experimentos del LHC se utilizan protones. Los protones son partes de los átomos con carga positiva que se aceleran a través del túnel hasta alcanzar casi la velocidad de la luz.

P: ¿Qué esperan aprender los investigadores del uso de esta instalación? R: Los investigadores esperan aprender más sobre la física cuántica, así como conocer cómo eran el espacio y el tiempo milisegundos después de que se produjera el big bang.