Cuenta atrás para el gran acelerador

Durante un día normal de trabajo en el CERN (Laboratorio Europeo de Física de Partículas) los científicos convivimos con un número considerable de visitas. No es que los experimentos de física de altas energías sean los reclamos turísticos más demandados en las agencias de viajes, pero lo cierto es que es habitual ver cómo la gente que, por uno u otro motivo viene a visitar el CERN, se queda boquiabierta frente a las enormes máquinas que forman los detectores de cualquiera de los experimentos. Y no es para menos.

Grandes piezas, colores vivos, cables, luces... Piezas así podrían verse en museos modernos

El colisionador LHC generará 'mini Big Bangs' controlados a nuestra disposición

La utilidad de lo que aún hay por descubrir superará todo lo que hoy podamos imaginar

La impresión inicial que produce la visión de cualquiera de estos aparatos es una mezcla entre las que producirían un gran templo gótico y una instalación de arte contemporáneo. Grandes piezas, colores vivos, cables, luces... Piezas similares podrían verse en museos modernos, si no fuese por las enormes dimensiones.

Pero en el CERN no se trata de arte ni de turismo, sino de ciencia. Ciencia en ebullición en los últimos tiempos, ya que estamos a meses vista del arranque de un proyecto científico sin precedentes: la entrada en funcionamiento del acelerador de partículas LHC (Large Hadron Collider, o Gran Colisionador de Hadrones), el más potente construido en el mundo hasta la fecha. Uno de los últimos grandes hitos logrados en el CERN se produjo el pasado 28 de febrero. La parte central de CMS (Compact Muon Solenoid), uno de los dos grandes experimentos que registrarán las colisiones de partículas provenientes de LHC, fue descendida desde la superficie a la caverna donde se aloja el detector.

Fue un momento de gran espectacularidad visual. Hablamos del imán superconductor más potente del mundo, embutido junto con otros detectores en una pieza de 15 metros de alto y 1.400 toneladas de peso, bajando durante 12 horas por un pozo hasta una caverna excavada a 100 metros de profundidad en la línea del acelerador, un túnel circular de 27 kilómetros de perímetro. Allí está siendo ensamblado junto al resto de componentes del experimento, para formar un enorme aparato de 15 metros de altura por 20 de longitud y más de 12.000 toneladas de peso. Y ésta es sólo una parte del proyecto. ATLAS, el otro gran experimento asociado a LHC, tiene un tamaño incluso mayor y su montaje se está llevando a cabo bajo tierra. Ambos experimentos, y dos más dedicados a otras medidas específicas (LHCb y ALICE), funcionarán leyendo los datos generados en las colisiones de partículas del acelerador 40 millones de veces cada segundo, con miles de millones de canales de medida, registrando con una precisión de milésimas de milímetro un flujo de información similar al de todas las redes mundiales de telecomunicaciones unidas.

Sí, los números impresionan, el proyecto es visualmente impactante y sus dimensiones apabullantes. Pero LHC no se ha construido para formar parte de las guías turísticas de Ginebra. Me temo que, si se limitase a ser un mero reclamo turístico, no sería demasiado rentable...

Entonces... "¿Para qué?", es una de las preguntas tópicas que nos plantean a los físicos que trabajamos en este campo.

El universo se generó tras una explosión que denominamos Big Bang. En esos momentos toda la materia que hoy en día vemos distribuida a lo largo y ancho del cosmos se encontraba concentrada en un espacio muy reducido, y rápidamente fue expandiéndose. Durante los primeros instantes del universo esa enorme concentración de materia y energía evolucionó de un modo que determinó la composición de nuestro universo actual. La materia de la que estamos construidos es consecuencia directa del modo en que se produjo esa explosión. El estudio de los procesos que se desarrollaron en aquellos momentos podría explicar, entre otras cosas, por qué el universo está hecho de partículas, por qué esas partículas tienen las masas que tienen, cómo adquieren dichas masas, y por qué todo lo que vemos está formado por materia y no por antimateria (con las mismas características pero carga eléctrica opuesta). El único modo de estudiarlo es reproduciendo pequeños Big Bang de forma controlada, para lo cual necesitamos una potente máquina capaz de impulsar la materia hasta esas energías. Es decir, un acelerador de partículas.

Otra pregunta tópica: "¿...y eso del acelerador y los experimentos, cómo funciona?".

Contestar sin utilizar demasiados tecnicismos es complicado. Para conseguir reproducir estas mini-explosiones de altísima energía y alcanzar las condiciones existentes pocas milésimas de segundo tras el Big Bang se utilizará el acelerador LHC. En el acelerador, situado en un túnel circular a 100 metros bajo tierra, dos haces de protones girarán en orbitas concéntricas opuestas hasta alcanzar velocidades cercanas a la de la luz. En ciertos puntos ambos haces serán desviados y se harán chocar entre ellos. Estas colisiones generarán una concentración de muy alta energía que dará lugar a la formación de nuevas partículas. Es decir, un mini Big Bang controlado a nuestra disposición.

Muchas de esas partículas se desintegrarán en cascadas de otras muchas partículas en tiempos inferiores a la milmillonésima de milisegundo. Es alrededor de estos puntos de choque donde se situarán los detectores asociados a los experimentos. Los detectores serán una especie de gigantescas cámaras capaces de reproducir con enorme precisión los resultados de las colisiones. Todos los datos registrados por los detectores se asociarán para después reproducir una fotografía de la colisión. Y entre esos miles de millones de fotos hay que encontrar unas pocas en las que se hayan generado partículas no observadas hasta ahora para estudiarlas y entender las propiedades de la materia a estas energías.

Y la tercera pregunta en cuestión suele ser: "¿...y para qué sirve?", más compleja aún que las anteriores. No porque no haya una respuesta, sino porque desconocemos los detalles de dicha respuesta. Conocer estos detalles es lo que nos empuja a llevar a cabo los experimentos. Muchas teorías predicen los resultados de estas colisiones, pero no sabremos cuál de ellas es la acertada hasta que podamos tener una comprobación experimental para continuar nuestro viaje al interior de la materia.

Puede sorprender a algunos que se realice una inversión semejante sin una aplicación directa, pero la investigación fundamental no tiene como objetivo encontrar dichas aplicaciones, sino ampliar las fronteras del saber. Tenemos la certeza de que todo lo que proporcione un conocimiento más amplio sobre cómo funciona nuestro mundo tendrá, a corto, medio y largo plazo, aplicaciones prácticas que hoy por hoy son imposibles de predecir. Sospecho que Faraday no tenía en mente mientras preparaba sus experimentos caseros con imanes y corrientes eléctricas que sus descubrimientos sobre inducción electromagnética acabarían proporcionándonos, casi dos siglos después, teléfonos móviles, GPS y hornos microondas.

Por nuestra parte, de momento la tecnología que ha sido desarrollada para este proyecto ha podido ser aprovechada para muchos otros fines, desde aplicaciones médicas hasta el mismísimo Internet. Lo único cierto es que la utilidad de lo que aún hay por descubrir superará todo lo que hoy podamos imaginar. Y esa es parte de la belleza que hay tras la investigación.

Es evidente que en un proyecto de esta envergadura el esfuerzo que requiere su puesta en funcionamiento es titánico, y no exento de problemas. Hace varios días saltó a los medios de comunicación una avería ocurrida en uno de los imanes de LHC. Más allá de las implicaciones que pueda tener, no deja de ser un hecho puntual, previsible dentro del proceso en el que nos encontramos inmersos: ensamblaje, pruebas, corrección de problemas, ajuste, calibración y certificación, cientos de actividades simultáneas coordinadas que implican al acelerador y sus experimentos.

A pesar de las dificultades el proyecto avanza. Poco a poco nos acercamos a la meta que esperamos desde hace años. Para nosotros la bajada de la pieza central de CMS simboliza la culminación de un reto que comenzó a gestarse hace más de 20 años. Una labor que se está llevando a cabo gracias a una colaboración internacional en la que estamos involucrados miles de científicos procedentes de más de 50 países de los cinco continentes, y en la que política, religión e intereses personales quedan en un segundo plano. Estamos en la cuenta atrás del proyecto más importante al que se ha enfrentado la ciencia experimental. Esto ya va en serio.

Pero no adelantemos acontecimientos. Tenemos ante nosotros muchos meses de duro trabajo hasta que el acelerador y los experimentos entren en funcionamiento. Y a partir de ahí, varios años de toma de datos y constantes estudios para conseguir comprender mejor la materia de la que estamos hechos. Ahora tenemos la más grandiosa herramienta jamás construida que nos permitirá ver mucho más allá de lo que nadie hasta ahora lo había hecho. Según dijo el mismo Faraday: "Nothing is too wonderful to be true" (Nada es demasiado bello para ser verdad). Y si no, que se lo pregunten a nuestros visitantes.

Jesús Puerta Pelayo es físico en el CERN, miembro del grupo de coordinación técnica de CMS y responsable de divulgación del detector central de muones.