Expertos españoles hacen imanes superconductores para el CERN

Miles de físicos e ingenieros están empeñados a fondo en el desarrollo y construcción del que será el mayor acelerador de partículas del mundo, el LHC. Varios equipos españoles participan en el proyecto. Expertos de una empresa y de un centro de investigación españoles han desarrollado imanes superconductores para este nuevo gran acelerador del Laboratorio Europeo de Física de Particulas (CERN).

En el LHC (siglas de Large Hadron Collider), un anillo subterráneo de 27 kilómetros, haces de protones serán obligados a chocar para producir otras partículas tan energéticas que sólo han podido existir -fuera de los aceleradores- en el universo caliente y denso inmediatamente posterior al Big Bang que dió origen al universo. El estudio de los resultados de esos choques permitirá entender mejor, entre otras cosas, cómo era el cosmos recién estrenado.Pero la condición indispensable es que los protones, antes de chocar, recorran el anillo del LHC acelerados casi a la velocidad de la luz, y para dirigirlos hacen falta 8.000 imanes de varios tipos. Un laboratorio y una empresa españoles han construido un prototipo para una de estas familias de imanes. La empresa producirá, además, para el LHC otros 1.274 imanes de otra clase.

No son imanes cualquiera, sino superconductores: conducen la corriente eléctrica sin ofrecer resistencia y sin pérdidas de potencia, y producen, por tanto, campos magnéticos muy potentes, una cualidad indispensable para curvar las trayectorias de partículas que se mueven a tanta velocidad. Los imanes del LHC tendrán que producir un campo magnético 100.000 veces superior al terrestre.

"Cuanta más energía tienen las partículas, más alto debe ser el campo magnético para guiarlas. A partir de ciertas energías sólo sirven imanes superconductores, y es el caso del LHC", explica Luis García Tabares, miembro del equipo del Laboratorio Conjunto de Superconductividad Cedex-Ciemat.

Cuadrupolo

El prototipo construido por este grupo, junto con la empresa Antec, se llama técnicamente MQTL y es un imán superconductor de tipo cuadrupolo -con cuatro polos magnéticos-. Su función será ajustar la trayectoria de las partículas después de que ésta haya sido ya curvada más groseramente por imanes más potentes de sólo dos polos.

"Los cuadrupolos concentran las partículas una vez desviadas por los dipolos; sólo se instalarán 36 en cada anillo y sólo cerca de los detectores, el lugar donde colisionan los protones. Y además de los cuadrupolos existen los multipolos, que afinan aún más la trayectoria de las partículas", dice García Tabares. En el LHC se colocarán las diferentes familias de imanes de forma consecutiva, unos tras otros, distribuidos por el anillo.

En su mesa de despacho del Centro de Estudios Experimentales (Cedex), en Madrid, hace de pisapapeles un fragmento del prototipo, llamado galleta, aunque por su agujero central tiene más forma de rosquilla plana. El imán completo está hecho de muchas de esas galletas unidas, hasta formar un tubo de 130 centímetros de largo y unos 15 de ancho. Las bobinas superconductoras, hechas con el material niobio, tapizan la cara interna del tubo, de sólo 5,6 centímetros de diámetro -el hueco de la rosquilla-, que es por donde circulan la partículas. La escala de la galleta es real: aunque en las imágenes clásicas de los aceleradores muestren un tubo de más de un metro de diámetro, en realidad el hueco por el que corren las partículas es pequeño; lo engordan componentes como el criostato, que mantiene el sistema a -271ºC para que pueda darse la superconductividad.

Esta condición de trabajar a temperaturas cercanas al cero absoluto (-273 grados C) fue uno de los mayores obstáculos a la hora de construir el prototipo de cuadrupolo. El grupo recibió el encargo de construir el prototipo directamente del Laboratorio Europeo de Física de Partículas (CERN), el organismo que construye el LHC junto a Ginebra. Lo entregó el pasado verano y en septiembre se hicieron los ensayos.

Fabricación en serie

"Cuando finalmente el prototipo esté bendecido, servirá para definir las especificaciones técnicas para la fabricación en serie, que saldrá a concurso", dice García Tabares.

Los multipolos de seis polos magnéticos -sextupolos- van más adelantados. Antec, empresa española en el sector, ha firmado un contrato con el CERN de 500 millones de pesetas para construir 1.274 imanes de este tipo para el año 2003 (el LHC lleva el doble, pero la otra partida le corresponde a India, que paga en especies su contribución al proyecto).