Así sería el nuevo acelerador de partículas – CERN

Europa planea la construcción de un “monstruoso” acelerador de partículas más largo que el Canal de Panamá-

La nueva máquina se montaría en un túnel de 100 kilómetros de diámetro, cuatro veces más grande que el actual LHC

Los secretos mejor guardados del Universo, esos a los que aún no hemos tenido acceso, están tan celosamente guardados que se hace necesario un nuevo y más potente tipo de catástrofe subatómica para sacarlos a la luz. Por eso, y para desatar ese tipo de fuerzas, los físicos europeos quieren construir el acelerador de partículas más poderoso que se haya visto jamás, uno que dejará pequeño al famoso Gran Colisionador de Hadrones LHC, que con sus 27 kilómetros es, en la acualidad, el acelerador más grande y potente del mundo.

Con ese objeto el CERN, el centro europeo para la Física de partículas, acaba de hacer público un informe sobre el proyecto para la construcción del que será el sucesor del LHC. Y si el actual colisionador de hadrones ya parecía una estructura enorme, el nuevo acelerador multiplicará ese tamaño por cuatro. Será más largo que el Canal de Panamá.

El proyecto ofrece varios diseños preliminares para el que se denomina, por ahora, Futuro Colisionador Circular (FCC), que se convertiría así en el más poderoso acelerador construido hasta ahora y que será capaz de llevar a cabo colisiones de diferentes tipos de partículas a energías nunca vistas. Su coste estimado será de 9.000 millones de euros. El recién presentado proyecto en el marco de la denominada Actualización de la Estrategia Europea para la Física de Partículas, que definirá el futuro de este importante campo de investigación por lo menos hasta bien entrada la segunda mitad de este siglo.

«Se trata de un salto enorme -asegura Gian Francesco Giudice, que dirige el departamento teórico del CERN-. Es como planear un viaje no a Marte, sino a Urano».

La Física, en un «impasse»

Tras el histórico descubrimiento del bosón de Higgs en 2012, el actual colisionador (LHC) no ha vuelto a descubrir nuevas partículas. Y los físicos creen que los nuevos y cruciales descubrimientos que los expertos esperan se conseguirán aumentando la energía de colisión lo más posible. «Actualmente -asegura Giudice- explorar las energías más altas posibles con proyectos audaces es nuestra mejor esperanza para descubrir algunos de los misterios de la Naturaleza en su nivel más fundamental».

Según Halina Abramovicz, física de la Universidad de Tel Aviv que lidera la estrategia europea, el potencial de una máquina como el FCC resulta «muy excitante». Y añade que las características finales del nuevo colisionador se discutirán en profundidad y se compararán con el resto de proyectos que se presenten.

En este sentido, el Consejo del CERN, en el que participan tanto investigadores como delegados de los gobiernos de los países miembros, será el órgano que tome finalmente la decisión de financiar, o no, el proyecto.

Michael Benedikt, el físico del CERN que lidera el proyecto del FCC, asegura que valdría la pena construir esa instalación sin tener en cuenta los posibles resultados científicos. «Este tipo de esfuerzos y proyectos a gran escala -explica Benedikt- son enormes iniciadores para la creación de redes y conexiones de institutos científicos a través de fronteras y países. Y todo eso constituye un muy buen argumento para impulsar proyectos científicos tan singulares».

El estudio sobre el FCC comenzó en 2014 y contó con la participación de 1.300 expertos. La mayor parte de los diferentes escenarios contemplados implican la construcción de un túnel subterráneo de 100 km de diámetro, junto al túnel ya existente del LHC. El coste de esta parte del proyecto, además de la infraestructura de superficie necesaria sería, según el CERN, de unos 5.000 millones de euros.

A esta partida se sumaría la construcción, dentro del mismo túnel, de una máquina de otros 4.000 millones de euros que sería capaz de producir colisiones entre electrones y positrones (su equivalente en antimateria) en un rango de energía nunca alcanzado hasta ahora.

Curiosamente, en esta fase inicial la potencia del nuevo acelerador sería incluso inferior a la del LHC, aunque seguiría siendo la mayor conseguida en colisiones electrón-positrón. Más adelante, según se describe en el informe, se abordaría la construcción, en el mismo túnel de 100 kilómetors del FCC, de un segundo acelerador, un colisionador de hadrones (protones contra protones, como el actual LHC) que costaría otros 15.000 millones de euros adicionales y sería capaz de alcanzar energías de hasta 100 Tev (teraelectronvoltios), muy por encima de los 13 Tev a los que ha sido capaz de llegar el actual LHC.

A la búsqueda de partículas supermasivas

Las partículas que formarían la materia oscura ¿Dónde están?

Tales colisiones permitirían a los investigadores estudiar en profundidad partículas conocidas, como el bosón de Higgs, con una precisión mucho mayor de la que es posible en un colisionador de protones contra protones, como es el LHC. Y también, quizá, descubrir todo un nuevo mundo de partículas «supermasivas» asociadas a una nueva Física que sea capaz de responder a las importantes preguntas que aún quedan pendientes.

En efecto, y a pesar de que con el hallazgo del Higgs en 2012 se completó el Modelo Estandar de la Física de Partículas (la teoría que contempla todos los componentes de la materia y las cuatro fuerzas que los gobiernan), lo cierto es que quedan importantes cuestiones por resolver. ¿Por qué la gravedad es tan débil en la escala subatómica comparada con las otras fuerzas de la Naturaleza? ¿De dónde viene la masa de los neutrinos? ¿Dónde está toda la antimateria que debería tener el Universo? ¿Cuál es la auténtica naturaleza de lo que llamamos materia y energía oscuras? La mayoría de los físicos están de acuerdo en que una máquina capaz de operar a energías mucho más altas que las actuales podría desvelar todas esas nuevas partículas que el LHC no ha conseguido sacar a la luz.

Máquinas listas para 2040 ó 2050

El nuevo programa de investigación podría comenzar alrededor del año 2040, tras la mejora prevista para el propio LHC. Sin embargo, la opción más probable sería construir primero la máquina electrón-positrón (el FCC) y abordar el segundo colisionador (el de protones) más adelante, a finales de la década de 2050.

A pesar del entusiasmo general, o cierto es que no todo el mundo está plenamente convencido qu que este «super colisionador» constituya una buena inversión. «No hay ninguna razón para pensar que pueda haber una nueva Física precisamente en el rango de energías que un colisionador de este tipo podría alcanzar», asegura por ejemplo Sabine Hossenfelder, física teórica del Instituto de Estudios Avanzados de Frankfurt, en Alemania. «Y esa es, precisamente, la pesadilla que todos tienen en mente pero de la que nadie quiere hablar».

Según Hossenfelder, las enormes sumas que deberán destinarse al proyecto del FCC podrían gastarse mejor en otro tipo de instalaciones. Por ejemplo, en colocar un radiotelescopio en la cara oculta de la Luna, o un detector de ondas gravitacionales en órbita. Ambas instalaciones, según la física, serían apuestas mucho más seguras.

Las opciones descartadas

Desde hace ya mucho tiempo, los físicos tenían pensado construir, como sucesor del LHC, un gran colisionador lineal, llamado ILC (International Linear Collider), que también sería capaz de hacer colisionar electrones y positrones. Pero el hecho de que desde 2012 el LHC no haya logrado encontrar nada nuevo ha hecho que el interés por un colisionador lineal disminuya sustancialmente. La razón es que el ILC solo alcanzaría las energías suficientes para estudiar los bosones de Higgs, pero no para descubrir nuevas partículas que puedan manifestarse a energías de colisión más altas, como sí que sucerería con el nuevo colisionador presentado por el CERN.

China, al acecho

Mientras Europa se decide, China ya ha puesto sobre la mesa sus propios planes al respecto. Se trata de un acelerador similar al propuesto por el CERN (llamado Circular Electron-Positron Collider, CEPC) y que podría entrar en funcionamiento a partir de la década de 2030, diez años antes que la máquina europea. Según Wang Yifang, director del Instituto Chino de Física de Altas Energías y líder del proyecto, los expertos del gigante asiático han llegado a las mismas conclusiones que los europeos, en términos de objetivos científicos y factibilidad técnica.

Sea como fuere, hoy por hoy no existen garantías plenas de que el FCC llegue a construirse algún día. El «desencanto» dejado por el LHC, que aparte del Higgs no ha conseguido revelar señales de la existencia de nuevas partículas, tal y como como esperaban los físicos, ha hecho que sea muy difícil convencer a las partes interesadas para que respalden y financien un proyecto tan costoso. Si finalmente no lo hacen, Europa podría perder su liderazgo en un campo, el de la Física de Partículas, en el que siempre ha estado en cabeza.

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