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“Queremos crear un acelerador de partículas tan grande como Ginebra”

El científico británico explica qué nuevos fenómenos del cosmos se podrían encontrar con el Gran Colisionador de Hadrones (LHC) y por qué hay que diseñar otra máquina tres veces mayor

El físico británico John Ellis.

John Ellis nació hace 68 años en Hampstead, al norte de Londres. De niño no le gustaba la literatura, así que leyó muchos libros de ciencia e historia en la biblioteca pública. A los 12 años ya sabía que quería dedicarse a la ciencia básica. Fue el primero en su familia en ir a la universidad y, con los años, se convirtió en uno de los físicos teóricos más influyentes de su generación. Ellis trabaja actualmente a caballo entre el laboratorio europeo de física de partículas CERN y el University College de Londres. Hace años, cuando sus dos hijos le preguntaban a qué se dedicaba, usaba las preguntas del cuadro de Paul Gauguin ¿De dónde venimos? ¿Quiénes somos? ¿Adónde vamos? De visita en Madrid para impartir una conferencia organizada por la Fundación Banco Santander, Ellis explica en esta entrevista cómo espera buscar respuestas a esas preguntas gracias al mayor acelerador de partículas del mundo, el Gran Colisionador de Hadrones (LHC), y con futuras máquinas aún más potentes.

Pregunta. ¿Por qué es necesario construir aceleradores de partículas cada vez más grandes para entender mejor el universo?

Respuesta. Volviendo a las preguntas del cuadro de Gauguin. ¿Qué somos? Es la estructura de la materia. ¿De dónde venimos? ¿Qué pasó al inicio del universo? Con el acelerador hacemos choques de partículas a muy altas energías. Estos choques son como los que había en el universo muy joven, cuando tenía una edad de menos de un microsegundo. Y así podemos aprender las leyes del universo.

P. ¿Y qué será especial en este nuevo arranque del LHC?

R. Este año vamos a hacer colisiones con energías dos veces mayores que en el pasado y así tendremos posibilidades de crear partículas más pesadas. El bosón de Higgs no es tan pesado y tal vez con una energía más alta podremos descubrir otras partículas todavía más pesadas.

P. ¿Cuáles de ellas pueden ser nuevas?

R. Un problema que me interesa mucho es la materia oscura. Sabemos que en el universo hay seis veces más materia invisible que visible. Los físicos teóricos tenemos una teoría de la materia visible, se llama el modelo estándar. Con el descubrimiento del bosón de Higgs descubrimos el último pedazo de esta teoría. Pero sabemos que hay cosas más allá del modelo estándar. Por ejemplo no se puede hacer materia oscura con materia visible porque no da luz, ni interacciona con las otras partículas. Por lo que tal vez la materia oscura sea otra clase de partícula. Hay diferentes teorías sobre la naturaleza de estas partículas. Yo estoy estudiando una que se llama supersimetría. Según ella, por cada partícula conocida hay otra con propiedades internas idénticas, con la misma carga eléctrica, pero con un espín diferente. El espín es el momento angular. Es como si todas las partículas fueran bailarinas haciendo piruetas. Algunas dan vueltas muy rápido y otras más despacio. La supersimetría es la única teoría que podría conectar las partículas que giran a velocidad diferente, es decir, con diferente espín.

P. Ha llevado mucho tiempo descubrir el bosón de Higgs tras ser teorizado en 1964 ¿Cuánto cree que se puede tardar en alcanzar esos nuevos campos de la supersimetría y la materia oscura?

Tal vez podamos ver materia oscura o incluso agujeros negros, estamos en tierra incógnita

R. Quién sabe. Sabemos que con las energías más altas podremos estudiar más en detalle el bosón de Higgs. Y averiguar si es verdaderamente el bosón de Higgs del modelo estándar u otra cosa. Hay teorías que dicen que es una partícula compuesta de partículas elementales y estamos haciendo estudios sobre eso. Los estudios del bosón son la parte garantizada en esta ronda de experimentos. Tal vez podamos ver también materia oscura o incluso agujeros negros, estamos en tierra incógnita

P. ¿Agujeros negros?

R. Según algunas teorías, sí. Más allá de las tres dimensiones espaciales que conocemos tal vez haya más dimensiones, pero muy chiquitas. Algunas de estas teorías dicen que la gravedad se vuelve fuerte con las energías de las partículas en el LHC. Según ellas se podrían juntar dos quarks y crear un agujero negro, muy, muy pequeño, nada que ver con los agujeros negros astrofísicos. Sería muy interesante porque se podría estudiar la gravedad cuántica en el laboratorio, algo que nunca se ha podido hacer.

P. En la actualidad usted trabaja en el diseño de los aceleradores del futuro ¿Cómo serán?

R. Con el descubrimiento del bosón de Higgs estamos pensando qué hacer después del LHC. Una posibilidad es hacer chocar electrones con antielectrones, es decir, positrones. Así se pueden medir propiedades de partículas conocidas con alta precisión, pero a cambio no puedes alcanzar energías muy altas. Otra posibilidad sería otro colisionador de protones con más energía. Así podríamos obtener más partículas supersimétricas , pero tal vez las colisiones serían menos limpias, lo que restringiría nuestras posibilidades para medir las propiedades del Higgs. Hay que hacer un equilibrio entre las dos posibilidades. En el CERN estamos considerando hacer otro túnel tal vez tres veces más grande que el del LHC. Podría tener un acelerador de electrón y positrón o un acelerador de protones, ambos circulares. Estamos estudiando las posibilidades técnicas. La semana pasada hubo una conferencia en Washington para discutir posibilidades, averiguar el progreso técnico, etcétera. Todo el mundo pensó que el proyecto era un éxito, pero hay que trabajar más para mejorar los detalles y, claro, una cuestión sería su coste.

Hay un valor cultural en comprender mejor cómo funciona el universo

P. ¿Sabe más o menos cuánto costaría?

R. No tenemos idea. Hay que pensar siempre en buscar soluciones técnicas en el coste y estamos al principio del camino. El LHC está un poco al oeste y al norte de Ginebra. Este nuevo acelerador tendría un anillo de hasta 100 kilómetros de circunferencia y sería mucho más grande que todo el cantón de Ginebra.

P. ¿Si consiguen el dinero, cuándo comenzaría a funcionar?

R. Quién sabe. Los primeros estudios del LHC los hicimos en 1984, la primera conferencia sobre la física posible. Tal vez el futuro acelerador marcharía en 30 años.

P. ¿Cómo justificaría la necesidad de construir esta máquina ante los políticos de cada país, que deben dar el visto bueno?

R. No sé si tengo buenos argumentos. Pero hay argumentos que me parecen importantes. Creo que hay un valor cultural en comprender mejor cómo funciona el universo, cómo comenzó y evolucionó. Con la física de partículas estamos estudiando las leyes básicas de la física. ¿Cómo aplicar estos conocimientos después? No sé. Pero sí sé que en el pasado hubo físicos teóricos que descubrieron la antimateria, que fue descubierta años después en los rayos cósmicos y que ahora se utiliza para la diagnosis médica. Cada año hay miles de personas que tienen una diagnosis con tomografía por emisión de positrones o PET. Y, claro, también la comunidad de física de partículas es una comunidad global. Tenemos más de 10.000 físicos de unos 100 países trabajando con el CERN. Esto es también un experimento político. Me acuerdo que hace varios años vino Shimon Peres, expresidente de Israel. Él dijo que el tipo de organización que hicimos podría ser un ejemplo para muchos otros campos, no solo de estudio, sino de acción humana. Por ejemplo, los estudios del clima. Hay aspectos puramente científicos y para mí sería mucho mejor estudiarlo de forma unida y tal vez el CERN podría ser un ejemplo.

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