Un acelerador para entender el universo

Europa tendrá, en el 2004, el instrumento idóneo para comprender mejor la estructura fundamental de la materia. Ha sido un éxito de los 19 países europeos, incluida España, que aprobaron la semana pasada la construcción del nuevo superacelerador LHC en el Laboratorio Europeo de Física de Partículas (CERN), junto a Ginebra. El abandono estadounidense de un acelerador gigante (el SSC) que perseguía los mismos objetivos ha dejado el campo abierto a los europeos para liderar este campo.En LCH (Large Hadron Collider), los físicos de todo el mundo, puesto que otros países, incluidos Estados Unidos y Japón, han manifestado su interés en participar, podrán explorar el microcosmos con una energía jamás alcanzada hasta ahora en acelerador alguno. Tendrá, de momento, 10 TeV (teralectronvoltios) de energía, en comparación con los 1,4 TeV del Tevatrón estadounidense en que se descubrió este año el quark Top, la partícula elemental necesaria para confirmar que la descripción actual del microcosmos es correcta, aunque incompleta. En una segunda fase, el LHC alcanzará los 16 TeV de energía planeados. Costará 260.000 millones de pesetas e implicará en su construcción a las industrias tecnológicamente más avanzadas.

"En los años noventa afrontamos nuevas cuestiones: ¿qué es la masa?, ¿de dónde procede?, ¿por qué hay más materia que antimateria en el universo?, ¿son las fuerzas aparentemente diferentes de la naturaleza aspectos de una única fuerza fundamental?", explica Christopher Llewellyn-Smith, director del CERN. "El LHC está diseñado para buscar respuestas a estas preguntas y ser una herramienta indispensable para trazar sólidos cimientos científicos para el siglo XXI", continúa.

En un instrumento como el LHC circulan, en sentido opuesto, haces de partículas aceleradas hasta casi la velocidad de la luz y se hacen chocar frontalmente para provocar microfogonazos que producen centenares de nuevas partículas. En los choques -protones contra protones en el LHC- se indaga cómo se comportan los constituyentes de la materia. Y uno de los objetivos predilectos de los físicos es el bosón de Higgs, una partícula que, de existir, podría explicar el origen de la masa de todas las demás.

Luminosidad

"El potencial de un acelerador depende de su energía y de su luminosidad. A mayor energía, más íntimamente pueden estudiarse los constituyentes y fuerzas fundamentales de la naturaleza; a mayor luminosidad, más colisiones se obtienen, mayores son la precisión de las medidas y las posibilidades de observar fenómenos poco probables", explica Álvaro de Rújula, físico teórico del CERN. "En un acelerador de protones como el LHC, una mayor luminosidad puede compensar una menor energía, pero hace más difícil la toma de datos, que ha de ser más rápida y selectiva", dice.'Al instalar el LHC en el túnel de 27 kilómetros del CERN -donde,está funcionando el acelerador LEP- y aprovechar su infraestructura, el coste será unas cinco veces inferior al del cancelado SSC. Éste habría alcanzado 40 TeV de energía en un túnel de 87 kilómetros que se empezó a construir desde cero. Los físicos estadounidenses insistieron en que estas especificaciones eran irrenunciables y tal vez la experiencia de su fracaso en las negociaciones económicas y políticas ha inclinado a los europeos a aceptar la versión transitoria reducida del LHC.

"El SSC habría tenido energía suficiente como para garantizar, en el marco de nuestros conocimentos actuales, el descubrimiento del bosón de Higgs o algún otro mecanismo más astuto que la naturaleza haya, podido emplear para dotar de masa a las partículas elementales. También hubiera bastado para explorar un rango interesante de masas de camaradas supersimétricas", dice De Rújula. "La supersimetría es una hipotética y atractiva propiedad de las partículas que exigiría que cada una de las conocidas estuviera asociada con otra nueva de diferente spin (una medida de cómo se comporta una partícula al observarla desde distintos ángulos)".

Entonces, ¿qué van a encontrar los europeos en el LHC? Tendrá menos energía que la planeada del SSC, pero su luminosidad podría ser de tres a 10 veces superior, por lo que su potencial de exploración no será muy inferior. "Incluso en la primera fase de su construcción, con una luminosidad tres veces inferior a la máxima, el LHC bastará para contrastar los modelos supersimétricos más populares y, con mucha suerte, descubrir el bosón de Higgs", dice De Rújula. "Pero, casi por definición de lo que es la investigación, los descubrimientos más interesantes podrían ser totalmente inesperados".

El comportamiento de las partículas no sólo determina las propiedades de la materia, sino también la arquitectura del universo, y como éste, en los primeros instantes, estaba mucho más concentrado y caliente que ahora, explorar energías cada vez más altas es aproximarse al cosmos primitivo: el LHC simulará sus condiciones cuando había transcurrido sólo una billonésima de segundo tras el Big Bang.

En el LHC, los haces de protones se cruzarán en dos puntos del anillo, de 27 kilómetros en donde se instalarán dos detectores: Atlas y CMS. "Los experimentos del LHC se han diseñado para buscar fenómenos predichos por los teóricos. Pero hay que estar preparado para sorpresas", dijo Llewellyn-Smith.