La 'catedral' de la física de partículas

En el gran túnel del CERN, a un centenar de metros bajo el trazado que se iluminará esta noche, resulta patente que para investigar las partículas más minúsculas de la materia los físicos tienen que construir descomunales aparatos científicos. Gigantescos imanes guían a las partículas subatómicas, aceleradas hasta velocidades próximas a la de la luz, para hacerlas chocar; los detectores, también enormes y complejos, registran los efectos de esos choques, que dan información sobre el microcosmos así como pistas sobre la historia del universo. A esto se dedican los físicos e ingenieros del CERN desde hace ahora medio siglo.

En uno de lugares del túnel donde los haces de partículas del nuevo acelerador LHC se cruzarán millones de veces por segundo, se ha excavado una caverna de 35 metros por 55 de longitud y 45 de altura. Es como una catedral, dicen los físicos con satisfacción. Una catedral que alojará un detector, un aparato de 7.000 toneladas de acero y electrónica, de tecnología avanzada al servicio de la ciencia básica. Las paredes de esta caverna están cubiertas de armazones y grúas impresincindibles para montar este detector Atlas, cuyas piezas van llegando de todo el mundo. Y es sólo uno de los cinco detectores del LHC.

A pocos kilómetros se ensamblan partes de otro, el CMS, que luego se bajarán hasta su caverna correspondiente. Otros tres más específicos (Alice, LHCb y Totem) ocuparán sus salas excavadas alrededor del túnel. Todo el CERN, unas 2.500 personas, está volcado en el proyecto del nuevo acelerador -el de mayor energía jamás alcanzada-, y participan en el mismo varios miles más de instituciones y centros de decenas de países, incluidos EE UU, Japón y Rusia. El LHC, un colisionador de protones contra protones, con un coste de 2.100 millones de euros, debe empezar a funcionar en 2007.

Jorg Wenninger, uno de los responsables del sistema de enfoque de los haces del LHC, muestra el túnel que lo alojará, en una visita para El PAÍS. Se ha retirado el acelerador anterior, el LEP, para el que se construyó el túnel, y todo se prepara para el nuevo.

Los haces de partículas que chocarán frontalmente en el LHC no arrancarán en esta máquina, explica Wenninger, sino que varios aceleradores menores, que en el pasado fueron equipos científicos avanzados, se usarán ahora concatenados para imprimir energía a los protones antes de entrar en el nuevo acelerador. Esta estrategia de aprovechar infraestructuras anteriores en el siguiente desafío es la clave del CERN para desarrollar las mayores y más avanzadas instalaciones de física de partículas con un coste comparativamente bajo.

Los físicos conocen bastante bien el universo subatómico. Saben que todo está formado por un puñado de partículas elementales que interaccionan intercambiando otras partículas. La descripción de cómo funcionan esos ladrillos básicos del cosmos se llama Modelo Estándar, que ha sido comprobado experimentalmente con precisión apabullante. La teoría abarca también las familias de partículas que sólo se observan ahora en los aceleradores, y que existieron en los primeros momentos del universo, pero hay serias lagunas que apuntan hacia incógnitas profundas, como el origen de la masa de las partículas. Ese dominio de lo desconocido es lo que se quiere explorar con el LHC.

El acelerador estará formado por unos 1.800 segmentos. La mayoría de ellos (1.232) son unas piezas cilíndricas, llamadas dipolos, de 15 metros de longitud y uno de diámetro. "Todos tienen que estar alineados con una precisión de 0,1 milímetros", dice el ingeniero Vinod Chohan. Dentro van los dos tubos de alto vacío, por los que circularán los haces de protones en direcciones opuestas, y los imanes superconductores que los dirigirán gracias a intensos campos magnéticos.

Chohan dirige las pruebas exhaustivas que pasa cada dipolo. "El LHC supone innovaciones fundamentales", afirma. "Es un acelerador de muy alta energía hecho con un mínimo coste, y esto nos obliga a llevar todo al límite". La diferencia respecto a otras instalaciones son los electroimanes superconductores que, enfriados con helio líquido a temperaturas ultrabajas (1,9 grados sobre el cero absoluto), no oponen resistencia al paso de la corriente eléctrica.

El sistema de criogenia es esencial y los conductos han empezado a llegar al CERN, pero tienen fugas y hay que solucionar el problema. Como la refrigeración va instalada en el túnel entre la pared del arco interior y el acelerador, éste no se puede empezar a montar y se teme que haya retrasos.

Mientras tanto avanzan los detectores. La estructura de estos aparatos es similar a una cebolla cilíndrica, con diferentes capas alrededor del punto de colisión de los protones acelerados en el LHC. Cada capa tiene un cometido registrando la trayectoria y las características de las nuevas partículas generadas en los choques.

Detector de 12.500 toneladas

CMS ahora, en el montaje, es como un trozo de salchichón gigante cortado en varias lonchas de 15 metros de diámetro y uno de grosor. "Cuando este terminado pesará 12.500 toneladas y medirá 21 metros de largo y 15 de ancho", comenta Jesús Puerta Pelayo, físico procede del Ciemat español, pero ahora contratado por la Universidad de Bolonia (Italia). Él se ocupa en el CERN de preparar las cámaras de muones (la capa exterior de CMS) que llegan de varios lugares, incluidos el Ciemat y el IFCA de Santander. "CMS y Atlas son diferentes en concepto de diseño, pero ambos son detectores multipropósito y complementarios", explica. "En el LHC los haces de protones, con 2.800 paquetitos de cien mil millones de partículas cada uno en cada sentido, se cruzarán 40 millones de veces por segundo, y en cada uno de los 40 millones de cruces se producirán unos 20 choques de partículas".

Tan grande es el volumen de datos que se generarán en el LHC que no existen ordenadores capaces de afrontar la información y cómputo. Por ello el CERN ha desarrollado un nuevo sistema, Grid, de computación distribuida entre miles de ordenadores en todo el mundo y conectados por Internet. No hay que olvidar que la world wide web se inventó en el CERN.

Pese al tamaño de CMS, la C significa compacto y Atlas es mayor aún. "Medirá 20 metros de alto y será capaz de medir las trazas de las partículas con una precisión de 0,01 milímetros", explica Mar Capeans, mostrando con admiración el avance del montaje en la caverna. Ella trabaja en la construcción de la capa interna del detector. "En la colaboración de Atlas están unos 1.800 físicos e ingenieros de 34 países", comenta.

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