No olvidemos al LHC

Centro Europeo de Investigación Nuclear (CERN) completó la instalación de un imán de 1.290 toneladas que recreará las condiciones del origen del universo. Se repasan una y otra vez los posibles fallos lógicos de todo unstrumento complejo nuevo que, antes de ponerse a funcionar necesita de un sin fin de pruebas para que, a la hora de la verdad nos traiga lo que de él esperamos.

Los que estamos enamorados de la física, hace mucho tiempo que esperábamos esta noticia. Es el último complemento que se necesitaba instalar en una de las cavernas excavadas en el corazón montañoso del Jura, unidas por un túnel de 27 Km de largo que discurre a 100 metros de profundidad en la frontera entre el país francés y Suiza, en cuyo interior se alberga el Large Hadron Collisioner, el mayor colisionador de partículas jamás construido. En escritos míos anteriores ya mencionaba este descomunal proyecto, idea de Carlo Rubbia, premio Nobel italiano y director responsable de la construcción del CERN.

Este enorme acelerador es en realidad un anillo dentro del cual se harán viajar haces de protones a altas velocidades y en direcciones opuestas, que en un momento dado, se harán colisionar. El violento encuentro alcanzará un nivel de energía hasta ahora jamás logrado: 14 TeV, capaz de recrear las condiciones cercanas a las existentes en los orígenes del universo, apenas una décima de millonésima de segundo después del Big Bang.

El proyecto que lleva años desde su comienzo y ha pasado por diversas contingencias económico-políticas, parece haber llegado al final después de haber consumido un coste de 45.000 millones de euros. Los físicos lo denominan LHC, abreviando su nombre, y cuando se ponga en marcha en unos pocos meses dará comienzo una excitante aventura a la búsqueda de muchas respuestas pendientes; allí se dará el primer paso para una nueva exploración del microcosmos de la materia.

Con este nuevo acelerador de partículas, será posible llegar más allá de los quarks, lo que hasta el momento, era sólo un sueño. La tarea la realizarán cuatro imponentes instrumentos (el súper imán CSM que acaba de ser colocado, Atlas, LHC-6 y Alice) instalados en el gran anillo.

Si Demócrito de Abdera, aquel filósofo griego, pudiera estar aquí, sería testigo directo de lo equivocado que estaba al considerar indivisible el átomo, y de cuanta razón tenía al considerar que toda la materia estaba compuesta por átomos.

Sabido es por todos que el átomo está formado por un núcleo (donde reside la materia) rodeado por electrones. En el núcleo residen los protones y neutrones, que están formados por los quarks allí confinados y sujetos por gluones. Sin embargo, se presiente que ahí no acaba todo; se espera hallar algo más, y es ahí donde entra la misión del nuevo acelerador colisionador LHC.

Para saber si hay algo más que los quarks, se necesitaba contar con algo capaz de generar energías hasta ahora imposibles, y el LHC lo podrá conseguir. Su extraordinaria potencia es posible hoy gracias a las nuevas tecnologías, especialmente a los imanes superconductores que estarán congelados a 271 grados bajo cero. De esta forma, permiten alcanzar en 27 Km una energía de colisión para la cual, con imanes normales, se necesitaría dispones de un acelerador de 120 Km.

¿Qué descubrirá este superacelerador?

“Ante todo, esperamos capturar el bosón de Higgs, capaz de descifrar la diferente masa de las partículas. Conocido y previsto en la teoría, con él sabremos, además, de qué está formada la materia oscura presente en el universo.”

Explica Humberto Dosselli, uno de los principales físicos del CERN.

El premio Nobel Leon Lederman llamó al bosón de Higgs la partícula “divina”. Él creía que cuando al fin la pudiéramos encontrar, encontraríamos también las respuestas a muchas preguntas pendientes de respuestas.

Yo me he alegrado mucho con que, finalmente, el LHC sea una realidad. Estoy seguro de que nos dará mucho más de lo que se espera. Puede ir más allá de los quarks que podrían ser partículas complejas; puede que nos permita capturar al bosón de Higgs, pero además, aunque de manera indirecta, nos podrá dar señales sobre la existencia de las supercuerdas. Sin embargo, en relación a la materia oscura, la verdad es que no espero mucho; esa respuesta está en otra parte.

En 1.949, el físico francés Louis de Broglie, que ganó el premio Nobel, propuso construir un laboratorio europeo de física de partículas. Su idea caló hondo en la comunidad internacional, y tres años más tarde, 11 países europeos dieron el visto bueno y el dinero para construir el CERN, inaugurado en Ginebra en 1.954, y al que tanto le debe la física.

Los aceleradores de partículas son un gran invento que ha permitido comprobar (hasta donde se ha podido, al menos) la estructura del átomo. En el acelerador del Fermilab, por ejemplo, un detector de tres pisos de altura que ha costado unos ochenta millones de dólares capta electrónicamente los “restos” de la colisión entre un protón y un antiprotón. Aquí la prueba consiste en que decenas de miles de sensores generen un impulso eléctrico cuando pasa una partícula. Todos esos impulsos son llevados a procesadores electrónicos de datos a través de cientos de miles de cables. Por último, se hace una grabación en carrete de cinta magnética codificada con ceros y unos. La cinta graba las violentas colisiones de los protones y antiprotones, en las que generan unas setenta partículas que salen disparadas en diferentes direcciones dentro de las varias secciones del detector.

La ciencia, en especial la física de partículas, gana confianza en sus conclusiones por duplicación, es decir, un experimento en California se confirma mediante un acelerador de un estilo diferente que funciona en Ginebra con otro equipo distinto, que incluye en cada experimento los controles necesarios y todas las comprobaciones para que puedan confirmar con muchas garantías el resultado finalmente obtenido. Es un proceso largo y muy complejo; la consecuencia de muchos años de investigación de muchos equipos diferentes.

Yo puedo visualizar la estructura interna de un átomo. Puedo hacer que me vengan imágenes mentales de nebulosas de “presencia” de electrón alrededor de la minúscula mota del núcleo que atrae esa bruma de la nube electrónica hacia sí. Puedo ver los átomos, los protones y los neutrones, y en su interior, los diminutos quarks enfangados en un mar de neutrones. Claro que todo eso es posible por el hecho de que dicha imagen me es muy familiar. Creo que cada uno construirá sus propias imágenes conforme él las vea a partir de las ecuaciones o bien de cómo las formó en su mente a partir de sus lecturas o explicaciones oídas en charlas científicas.

Cuando entraron en escena David Politrer, de Harvard, y David Gross y Frank Wilczek, de Pinceton, el panorama de lo que ocurría en el interior del núcleo se aclaró bastante. Ellos, descubrieron algo que llamaron libertad asintótica. Asintótico significa, burdamente, “que se acerca cada vez más, pero no toca nunca”. La interacción fuerte se debilita más y más a medida que un quark se aproxima a otro. Esto significa, paradójicamente, que cuando los quarks están muy juntos se portan casi como si fuesen libres; pero cuando se apartan, las fuerzas se hacen efectivamente mayores. Las distancias cortas suponen energías altas, así que la interacción fuerte se debilita a altas energías. Esto es justo lo contrario de lo que pasa con la fuerza eléctrica. Aún más importante era que la interacción fuerte necesitase una partícula mensajera, como las otras fuerzas, y en alguna parte le dieron al mensajero el nombre de gluón (del inglés glue, pegamento).

A todo esto, llegó Murray Gell-Mann con sus quarks para completar el panorama. Adjudicó a estas diminutas partículas color y sabor (nada que ver con el gusto y los colores reales) y llegó la teoría denominada cromodinámica cuántica. Todo aquello dio mucho que hablar y mucho trabajo a los teóricos y experimentadores, y al entrar en los años ochenta, se había dado ya con todas las partículas de la materia (los quarks y los leptones), y teníamos las partículas mensajeras, o bosones gauge, de las tres fuerzas, a excepción de la gravedad.

La familia de los leptones está compuesta por el electrón, muón y tau con sus correspondientes neutrinos. Así quedó prácticamente completo el llamado modelo estándar que describe las partículas que forman la materia conocida y las fuerzas que intervienen e interaccionan con ellas. La gravedad quedó plasmada en la relatividad general de Einstein.

¿Por qué es incompleto el modelo estándar? Una carencia es que no se haya visto todavía el quark top; otra, la ausencia de una de las cuatro fuerzas fundamentales, la gravedad. Otro defecto estético es que no es lo bastante simple; debería parecerse más a la tierra, aire, fuego y agua de Empédocles. Hay demasiados parámetros y demasiados controles que ajustar. Necesitamos una nueva teoría que sea menos complicada, más sencilla y bella, sin vericuetos intrincados que salvar, con la limpieza y serena majestad de la teoría de la gravedad que, con enorme simpleza y aplicando los principios naturales, trata los temas más profundos del universo. Esperemos que continúe desarrollándose la teoría de cuerdas y que, como parece, incluya todas las fuerzas, todas las partículas y, en fin, todos los parámetros que dan sentido al universo.

emilio silvera

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