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CIENCIA
FÍSICA / El CERN está a punto de finalizar la construcción del LHC, el mayor acelerador de partículas del mundo /
El experimento simulará el nacimiento del Universo para detectar los componentes más elementales de la materia
Un ‘Big Bang’ a 100 metros bajo tierra
PABLO JÁUREGUI
Enviado especial
GINEBRA.– Simular el nacimiento
del Universo no es una tarea sencilla. Primero hay que excavar un túnel subterráneo a 100 metros de
profundidad, en cuyo interior se debe construir un anillo metálico de
27 kilómetros, enfriado por imanes
superconductores cuya función es
mantener una temperatura muy
fresquita, nada más y nada menos
que de 271 grados bajo cero.
A continuación, hay que añadir a
la receta dos puñados de protones,
lanzados al vacío de este tubo subterráneo en direcciones opuestas, y a
una velocidad inimaginable que
prácticamente debe rozar la de la
luz. Es entonces cuando las múltiples colisiones de partículas que se
produzcan en el interior del anillo
reproducirán las condiciones que
existían inmediatamente después
del Big Bang, ese descomunal estallido cósmico que dio el pistoletazo
de salida a nuestro mundo.
Todo esto podría parecer sacado
directamente de una película futurista inspirada en la última novela
de Arthur C. Clarke, pero no esta-
mos hablando de ciencia ficción. En
el corazón de la cordillera del Jura,
justo en la frontera entre Francia y
Suiza, el Centro Europeo de Investigaciones Nucleares (CERN), está ultimando la construcción del Gran
Colisionador de Hadrones (LHC,
por sus siglas en inglés), el acelerador de partículas más grande y potente del mundo.
Una vez que se instalen todos los
componentes de esta faraónica obra
científica –cuyo coste total supera los
40.000 millones de euros y ha tardado más de 15 años en construirse–,
unos 10.000 investigadores de 500
instituciones académicas y empresas
esperan descubrir nuevas claves sobre la naturaleza de la materia y los
ladrillos fundamentales de los que se
compone el Universo.
Cuando el LHC entre en funcionamiento, previsiblemente en los
primeros meses de 2008, las partículas que se inyecten en su interior
colisionarán aproximadamente 600
millones de veces por segundo, desencadenando la mayor cantidad
de energía jamás observada en las
condiciones de un laboratorio. Para los impulsores del proyecto, se
trata de una de las aventuras científicas más ambiciosas y apasionantes en toda la historia de la Física.
Desde luego, trabajo no les va a faltar a los investigadores de toda la
comunidad científica internacional
que se dedican a intentar desentrañar las partículas más elementales
de la materia: se calcula que cada
año, el LHC producirá tantos datos
que se necesitaría una pila de CD de
una altura de 20 kilómetros para almacenar toda la información generada por sus experimentos.
«El trabajo que se lleva a cabo en
el CERN constituye una contribución muy importante al conocimiento de la Humanidad para comprender el mundo que nos rodea», asegura Juan Casas, un ingeniero de
nacionalidad española –aunque nacido en Colombia y formado en Suiza– que ha participado en el desarrollo del LHC, e hizo de guía en la
visita que realizó la semana pasada
EL MUNDO a las entrañas subterráneas del CERN. Son sobre todo
dos inmensas preguntas, tan antiguas como la curiosidad del Homo
sapiens, las que inspiran el trabajo
de los científicos y técnicos que trabajan en esta impresionante caverna: ¿De qué se compone la materia
de nuestro Universo? Y, ¿cómo llegó
a convertirse en lo que es?
Nuestro viaje al interior de este
espectacular simulador del Big Bang
se inicia en el lado francés de la frontera, donde se ubica el Centro de
Control del CERN, una gran sala repleta de ordenadores con enormes
pantallas (tres para cada operario),
que recuerda un poco a la clásica
imagen de los controladores de la
NASA en Houston. De hecho, la
complejidad de las instalaciones y
los experimentos del CERN no es
menos impresionante que la de una
misión espacial. Aquí es donde, una
vez que se ponga en funcionamiento
el LHC, los técnicos deberán asegurarse de que todas las condiciones
necesarias para la buena marcha del
El objetivo es lograr que
los protones colisionen
en el acelerador casi a
la velocidad de la luz
Para que el experimento
funcione, es necesario
mantener una temperatura
de 271 grados bajo cero
experimento estén bajo control: por
ejemplo, los sistemas criogénicos
que deben mantener ese inimaginable frío de 271 grados bajo cero o los
campos electromagnéticos que deben asegurar que la aceleración de
los haces de partículas recorran los
27 kilómetros del anillo subterráneo
a un 99,99% de la velocidad de la luz.
Si todo sale como está previsto y
se cumplen todas las expectativas de
los científicos, se calcula que cada
segundo, un protón dará 11.245
vueltas al anillo del LHC. Teniendo
en cuenta que cada haz de estas partículas tendrá una duración de 10
horas, se estima que recorrerá un total de 10.000 millones de kilómetros
(suficiente para llegar hasta Neptuno y volver).
Cuando la impresionante trayectoria de estos protones se compara
con los objetos de nuestra vida cotidiana, los resultados que emergen
son alucinantes: la energía requerida por el haz de protones al viajar
por el acelerador es el equivalente a
un coche viajando a 1.600 kilómetros por hora en el carril rápido de
una autopista imposible. Otro
ejemplo: la cantidad de energía almacenada en los imanes superconductores que mantendrán la temperatura a -271º sería suficiente para derretir 50 toneladas de cobre.
El LHC, según nos explican los
técnicos en el Centro de Control, está dividido en ocho sectores de 3,3
kilómetros. De momento, sólo se ha
logrado el enfriamiento de uno de
estos sectores a la temperatura necesaria para llevar a cabo las colisiones que simularán las condiciones
del Big Bang. «Aún queda bastante
trabajo por delante», reconoce el
doctor Casas, «pero esperamos que
para finales de este año habremos
alcanzado este objetivo en los ocho
sectores del acelerador».
El Centro de Control del CERN
es también donde se vigila durante
las 24 horas del día la seguridad de
todo el personal que trabaja en sus
instalaciones. Al ser preguntado
por el peor escenario imaginable,
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FISICA/ Choque de protones
el doctor Casas responde: «Lo más
grave sería una pérdida del vacío
en el LHC que provocaría un escape de helio, con posible riesgo de
asfixia». No obstante, Luigi Serio,
el ingeniero italiano que coordina
el Centro de Control le quita hierro
al asunto, asegurándonos que «toda la instalación tiene sistemas automáticos de seguridad muy eficaces que neutralizarían el riesgo de
cualquier incidencia».
La siguiente parada de nuestro
viaje en el tiempo hacia el renacimiento del Universo nos lleva a cruzar la frontera a Suiza para bajar ya
a las entrañas de la caverna científica en uno de sus puntos clave: el detector de partículas ATLAS. En total, hay cuatro detectores de este tipo en el CERN –los otros tres se conocen como ALICE, LHCb y CMS–,
pero el más grande y potente es el
ATLAS. En su interior es imprescindible llevar en todo momento un
casco de protección para evitar golpearse con la maraña de tuberías,
alambres, grúas y cables que nos rodean por todas partes.
Al entrar en la espectacular nave
del ATLAS, lo primero que choca
es el ensordecedor ruido de los
compresores, unos inmensos contenedores que contienen hasta
10.000 litros de helio líquido. «Lo
que hacemos aquí es comprimir el
helio para expandirlo y enfriarlo»,
explica el ingeniero holandés Herman Ten Kate, nuestro guía en esta parte de la visita. «Éste es uno de
los procesos fundamentales que
llevamos a cabo para lograr el frío
que necesitamos para realizar con
éxito los experimentos del LHC»,
asegura. Durante nuestro recorrido del ATLAS, que
aún se encuentra
en construcción,
somos testigos de la impresionante
odisea de ingeniería que supone la
instalación de las inmensas piezas
de este gigantesco mecano subterráneo. De repente, nos quedamos
anonadados al ver cómo una grua
inicia el traslado de una gigantesca
estructura hexagonal que a lo largo
de los próximos días se introducirá
por una cavidad circular para descender 90 metros e instalarse en las
tripas del detector. «A esa pieza ya
le quedan pocos días para estar en
su sitio», nos asegura Ken Tate sin
inmutarse, evidentemente acostumbrado a ver este espectáculo todos
los días.
A continuación, llegamos al momento culminante de la visita: el ascensor en el que descendemos 90
metros a la estructura central del
ATLAS, donde nos quedamos estupefactos ante los inmensos anillos
metálicos en sus extremos, que ascienden a una altura de 25 metros.
El objetivo del ATLAS, como de
los demás detectores, será identificar
las partículas desconocidas que surjan de las colisiones de protones que
se produzcan en el interior del anillo
del LHC. Se trata de una aventura
científica comparable a la de los locos pioneros que buscaban oro en el
Oeste americano. «Hay que tener
mucha paciencia para encontrar lo
que buscamos», nos dice Ten Kate.
«La realidad es que el 99,9% de lo
que detectemos no nos va a servir para nada, pero al final esperamos
comprender mucho mejor la naturaleza esencial de la materia».
D
Vea un especial sobre el acelerador
de partículas del CERN con vídeos y
un gráfico interactivo en: www.elmundo.es/
A la caza de
‘la partícula de Dios’
¿Qué esperan encontrar los científicos del CERN cuando dentro
de unos meses empiecen a analizar las brutales colisiones de
protones en el interior del LHC?
Sin duda, el tesoro más buscado
será el llamado bosón de Higgs,
una partícula que predice el modélo teórico actual de la Física,
pero para el que hasta ahora no
existe evidencia alguna. Se supone que este ‘ladrillo’ fundamental del cosmos –cuyo nombre proviene del físico escocés
que propuso su existencia en
1964, Peter Higgs– es crucial para comprender cómo la materia
adquiere su masa. Precisamente
por la trascendencia que tiene
para desentrañar la naturaleza
del Universo, algunos científicos también se refieren a ella como ‘la partícula de Dios’.
John Ellis, uno de los investigadores del CERN, considera que
«si no la encontramos, esto supondría que todos los que nos dedicamos a la Física teórica llevamos 35 años diciendo tonterías».
Su colega holandés, Herman Ten
Kate, se atreve a predecir que, teniendo en cuenta la potencia del
LHC, «creo que nos bastarán
ocho meses para detectarlo». ¿Y
si al final no lo consiguen y se
viene abajo la teoría actual?
«Bueno, tampoco pasa nada, será
muy divertido empezar otra vez
desde el principio», responde este científico entre carcajadas.
APUNTE LEGO / JULIO MIRAVALLS
La esperanza
nuclear
Es lo más políticamente incorrecto que se puede hacer: vincular las palabras «nuclear» y
«esperanza», cuando la rima
automática y popularizada se
hace con «amenaza». Pero hay
antítesis inevitablemente complementarias. Sin la «amenaza
nuclear» convertida en muletilla de uso común, seguramente
no se habrían dedicado tantos
recursos y esfuerzos de investigación en los últimos años a las
energías alternativas.
Sin embargo, hay que calcular
lo que significa prescindir de los
combustibles fósiles sin reemplazarlos por otros mecanismos
de producción energética masiva
y no dependiente de fenómenos
naturales. La civilización que conocemos está necesitando alguna otra respuesta nueva.
La energía nuclear tiene
ahora flagrantes inconvenientes: los residuos radiactivos y la
inestabilidad y riesgo inherentes a la reacción en cadena. Pero la fisión atómica no es el único camino. La fusión nuclear no
requiere combustible radiactivo
(nada de uranio, plutonio...) no
produce residuos, ni hay reacción en cadena. Sólo falta encontrar el modo de producirla
de manera que pueda ser razonablemente explotada.
Por eso hay que poner las máximas esperanzas en todo lo que
puede salir de un centro de investigación pura, como el CERN,
cuya materia de trabajo es pro-
piamente la esencia nuclear de la
materia, la física de partículas, a
la que también se denomina como «física de altas energías».
El movimiento de mínimas
partículas en el mundo subatómico implica ingentes cantidades de energía, en el desarrollo
de procesos cuya verosimilitud
encaja por ahora en el ámbito de
la abstracción teórica. Comprobar que son reales, comprender
cómo ocurren y aprender a manejar semejantes fuerzas puede
abrir puertas inimaginables.
Pero además, una institución
como el CERN (Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire, en su denominación original) es, ante todo, un potentísimo polo magnético que atrae y
reúne brillantes inteligencias
con la misma fuerza que un
agujero negro retiene la luz. Y
de ahí puede salir cualquier cosa. Como, por ejemplo, la herramienta más poderosa para moldear la sociedad moderna. La
red de internet la inventaron en
las universidades de California
y Utah, pero fue reinventada
decisivamente por el profesor
Tim Berners Lee en los laboratorios del CERN, cuando en
1989 desarrolló el World Wide
Web, que es hoy para la mayoría de los usuarios el
sinónimo de la
propia Red.