El universo más pequeño

En los aviones que se aproximan a Ginebra seguramente hay pasajeros que no saben que bajo los campos parcelados en distintos tonos de verde y algunos pueblos, en un túnel circular de 27 kilómetros excavado a 100 metros bajo tierra, hay 100.000 toneladas de instrumentos de alta tecnología, equipos únicos en el mundo para hacer experimentos científicos. Con ellos, miles de físicos e ingenieros intentarán, dentro de poco, reproducir las condiciones análogas a las del universo tal y como debió de ser un instante después del Big Bang, y producirán constituyentes fundamentales de la materia desconocidos hasta ahora. Los científicos se preparan para dar un paso más allá en el conocimiento profundo de la naturaleza.

"La ingeniería debe ser gigantesca para que funcione lo infinitamente pequeño", dice un experto

El truco es relativamente simple: la archifamosa fórmula de Albert Eisntein, E=mc2

La www nació en el CERN hace 20 años como sistema de intercambio de información

"Aquí se hará algo importante para la humanidad", dice una informática del CERN

El Laboratorio Europeo de Física de Partículas (CERN), a caballo y por debajo de la frontera franco-suiza, lleva una década volcado en la preparación de esos próximos experimentos, y por fin se vislumbra el momento de la verdad: los primeros resultados del esfuerzo deben empezar a brotar dentro de un año, cuando estén a punto las gigantescas instalaciones del nuevo acelerador de partículas LHC (siglas en inglés de Large Hadron Collider), el más potente jamás construido.

En la cafetería del CERN, bulliciosa en la hora punta del mediodía, Lyn Evans, director del LHC, hace un hueco en su intensa jornada y comenta con una sonrisa que el encendido del nuevo acelerador no será, desde luego, tan simple como apretar un botón y que todo se ponga a funcionar. "Es un proceso complicado que lleva muchos meses de pruebas, sector por sector", dice. "De hecho, ya hoy estamos trabajando en la puesta en servicio del acelerador, aunque los primeros datos científicos no se producirán hasta julio de 2008".

El LHC es un anillo de 27 kilómetros de largo formado por más de 8.000 imanes, de los cuales 1.632, los más grandes, son piezas cilíndricas de 15 metros de longitud y hasta 30 toneladas de peso. Por el centro del acelerador, guiados por el campo magnético de los imanes, circularán en sentidos opuestos dos haces -de grosor inferior al de un cabello humano- con trillones de partículas de materia, y se harán chocar de frente. Esas partículas serán núcleos de átomos de hidrógeno (si un átomo de hidrógeno fuera tan grande como un campo de fútbol, el núcleo sería una pelota de golf en el centro) e irán casi a la velocidad de la luz, tan rápido que cada segundo darán 11.254 vueltas al anillo.

El truco, complicado de llevar a la práctica, es relativamente simple: la archifamosa fórmula de Albert Einstein, E=mc2, que expresa, entre otras cosas, cómo la masa se convierte en energía, y viceversa. En el LHC, como en anteriores y menos potentes aceleradores, la energía de las colisiones de partículas se convertirá en la masa de nuevas partículas.

El ingeniero Félix Rodríguez Mateos lleva 18 años dedicado al LHC, desde la fase de diseño. Ahora describe orgulloso sus maravillas tecnológicas. "Estamos conectando miles de elementos que pesan cada uno varias toneladas con una precisión de centésimas de milímetro", dice. "La ingeniería tiene que ser gigantesca para conseguir que funcione lo infinitamente pequeño: el haz de partículas".

Lo que diferencia al LHC de los anteriores aceleradores del CERN (que ha cumplido ya 50 años) o de cualquier otro laboratorio es que los imanes en este caso son superconductores. Esto significa que los materiales con los que están hechos permiten el paso de la corriente eléctrica sin presentar resistencia. La pega es que los imanes superconductores funcionan a 271 grados bajo cero y hay que enfriarlos con helio líquido, lo que complica mucho la ingeniería. El coste del LHC es de 2.000 millones de euros, más la financiación para los detectores de las instituciones científicas que los hacen, incluidas varias españolas.

En cuatro puntos del acelerador, los dos haces de partículas chocarán con una enorme energía concentrada en un punto ínfimo. Para registrar los efectos se han diseñado unos detectores especiales más pesados que la parisiense Torre Eiffel, y mucho más precisos y veloces que cualquier sensor que uno pueda imaginar.

Trabajar en el CERN significa cruzar constantemente la frontera, y no sólo la del conocimiento, sino la que hay entre Francia y Suiza. En el lado suizo, unos edificios industriales albergan grandes grúas y soportes. En su interior, un par de pozos anchos y de 100 metros de profundidad se han abierto sobre el túnel del LHC para bajar los componentes del detector Atlas. Tiene forma de barril de varias capas ceñidas alrededor del punto de colisión de los haces de partículas. El 95% de Atlas (46 metros de largo y 25 de alto) está ya montado. Lo han hecho 2.000 físicos e ingenieros de 200 instituciones de 34 países.

En el segmento opuesto del túnel está otro detector de tecnología diferente, pero con fines idénticos. Se llama CMS y también está casi acabado, aunque todavía hay que bajar a la caverna del túnel cinco de los 11 grandes discos que lo integran. Cuando todo esté bajo tierra se reducirán los 20 metros de altura del edificio de superficie para cumplir con la palabra dada a los habitantes de la zona, descontentos con el efecto visual de ese hangar provisional. "CMS es como una cámara digital de 12.500 toneladas con 100 millones de pixeles que tomará imágenes tridimensionales de las colisiones de partículas del LHC 40 millones de veces por segundo", explican los físicos del experimento.

El objetivo principal de estos detectores, el argumento que los físicos pusieron sobre la mesa para convencer a los 20 países miembros del CERN (incluida España) de dar luz verde al LHC, es encontrar una partícula elemental llamada bosón de Higgs. "Es la clave para explicar por qué las partículas tienen masa", repiten desde hace años los científicos.

El problema es que los físicos han logrado describir con asombrosa exactitud las partículas elementales que forman átomos y moléculas, seres vivos, planetas, estrellas y galaxias..., pero tienen lagunas importantes, algunas de las cuales quieren resolver con el nuevo acelerador. Y de paso, o sobre todo, quieren descubrir fenómenos de la naturaleza que a priori ni siquiera pueden imaginar.

"Las incógnitas más importantes de la física fundamental en este momento, en mi opinión, tienen que ver con el vacío", explica el físico teórico del CERN Álvaro de Rújula. "La acción del vacío sobre el vacío podría explicar la misteriosa aceleración de la expansión del universo, el mayor misterio de la cosmología. En el extremo de lo infinitamente pequeño, el mayor misterio es el origen de las masas de las partículas. Hay una diferencia entre el vacío y la nada. El vacío no lo está completamente, sino que, según las teorías, tiene un campo, una entidad semimisteriosa que se llama campo de Higgs, con el cual las partículas elementales deben interaccionar y adquirir así las distintas masas que tienen", dice. "Las vibraciones de ese vacío corresponden a una partícula que se llama el bosón de Higgs, que es lo que intentamos, en primer lugar, encontrar".

El Higgs parecía una pieza sólo al alcance del LHC, pero la caza ha ganado emoción ahora, ya que un acelerador que hay en Chicago, más antiguo y menos potente, podría estar acercándose, aunque sea por los pelos. Si el LHC funciona correctamente el año que viene, el trofeo seguramente será suyo. Si se lo arrebatasen en el último momento no sería un desastre científico (¿qué más da dónde se haga un descubrimiento trascendental en esta ciencia tan internacional?), pero sí un jarro de agua fría para los Gobiernos europeos, que han apostado fuerte por un triunfo sonado en su laboratorio, así como para los socios del LHC, incluidos EE UU, China, Rusia, India y Japón, entre otros.

Lo que nadie cuestiona es que el superacelerador europeo no tiene parangón en el mundo para explorar las propiedades del Higgs, si existe, y para acceder a nuevos secretos de la naturaleza, de la materia y la energía.

"En realidad, el LHC es como un microscopio gigantesco", dice Luis Alvarez-Gaumé, director del grupo de teoría del CERN. "Sí, el Higgs?, pero nos gustaría encontrar también algo más; por ejemplo, la firma de dimensiones extra, porque puede que vivamos en un universo no de las cuatro dimensiones conocidas, sino de cinco o seis, ocho, nueve...". Lo que está claro es que los resultados del LHC marcarán el siguiente paso, otro acelerador mejor aún para dentro de 10 o 15 años, cuyo diseño ya empieza a tomar forma.

El CERN, donde trabajan más de 6.000 personas, va a ser un hervidero el año que viene. Llegará más gente, los rumores sobre nuevos datos y posibles descubrimientos correrán casi tan rápido como las partículas por el acelerador, y la competencia entre los equipos científicos se pondrá al rojo vivo para ser los primeros en ver el Higgs o cualquier otro hallazgo.

Yves Schutz trabaja en otro de los detectores del LHC, Alice. Al cruzar con él las puertas de seguridad que dan acceso a las instalaciones se entra físicamente en un recinto de montajes mecánicos y electrónicos, pero también en un mundo con aroma de ciencia-ficción. "Usaremos la energía de las colisiones del LHC para calentar un poco de materia hasta la temperatura que tenía el universo justo después del Big Bang, un microsegundo después", explica. "Será unas 100.000 veces la temperatura del centro del Sol".

Alice será especialmente útil unas cuantas semanas cada año, cuando se aceleren núcleos de plomo en el LHC. La densidad de materia que se alcanzará en el corazón del detector será tal que Schutz y sus colegas no descartan que se llegue a formar algún agujero negro minúsculo que dure un instante.

El cuarto detector, llamado LHCb, explorará procesos que ayuden a explicar por qué el universo está hecho casi todo de materia cuando en el Big Bang inicial debió formarse igual cantidad de materia y de antimateria, explica Hugo Ruiz, miembro del equipo.

El físico teórico John Ellis está convencido del futuro brillante que el CERN tiene por delante: "Éste es el centro mundial de la física de partículas, y cada vez lo será más". Álvarez-Gaumé teme que, si no se hacen grandes descubrimientos en el LHC, la física de partículas pueda entrar en decadencia, o al menos que sea difícil hacer nuevos aceleradores en el futuro.

Sin investigación militar alguna, ni secretos, ni aplicaciones de utilidad inmediata entre sus objetivos esenciales (excepto para los muchos que consideran que el conocimiento y la curiosidad humana son utilísimas y esenciales)... ¿por qué tanto esfuerzo y tanta expectación en torno al CERN y al LHC?

Desde luego, la ciencia pura es la tarea prioritaria aquí. Pero los documentos del CERN rebosan de empresas que se afanan por ayudar a diseñar y fabricar estos equipos gigantescos, con lo que supone de contratos provechosos y de acceso a la vanguardia tecnológica del proyecto. "La tecnología de superconductores, por ejemplo, tiene grandes aplicaciones en el campo energético y en el transporte", dice el ingeniero Rodríguez Mateos. "Y los avances del LHC ya son útiles en equipos médicos de resonancia magnética nuclear".

Pero no sólo eso: en el CERN nació, hace casi 20 años, un sistema de intercambio de información por Internet idóneo para los físicos de partículas y que el resto del mundo encontró practiquísimo poco después: la www.

El próximo gran paso de Internet también está ya listo en el laboratorio de Ginebra. Tan ingente será la cantidad de datos que producirá el LHC, tan rápido habrá que almacenarlos y tantos científicos intervendrán en su análisis, que cualquier sistema informático convencional habría sido insuficiente. La solución es el Grid, una estrategia de computación repartida por 100.000 ordenadores en muchos países.

Lo esencial del GRID es el middleware, algo intermedio entre los tradicionales software y hardware, responsable de gestionar toda la información y de dirigir el tráfico de los procesos de cálculo, explica María Alandes. Maite Barroso, de 29 años, informática, explica con entusiasmo qué le atrae de todo esto: "Me parece que aquí se va a hacer algo importante para la humanidad".

Si no se produce ningún problema imprevisto, como el reciente fallo garrafal cometido por el laboratorio estadounidense Fermilab, que ha suministrado al LHC ocho juegos de imanes mal hechos, el LHC empezará a funcionar el próximo marzo, asegura Robert Aymar, director general del CERN. "Afortunadamente, el error de Fermilab se puede arreglar, y rápidamente", dice Evans. "¿Que si ha sido el mayor susto? No, tuvimos un grave problema con el sistema de enfriamiento del acelerador en 2004, y en 2001 se vio que se había infravalorado el coste del proyecto: ése fue el peor problema de todos porque no era técnico, aquello era política".

Las instalaciones subterráneas del LHC, ya completas, se empezarán a cerrar dentro de pocos meses. No suponen peligro alguno en la superficie, pero en el túnel, con el acelerador en funcionamiento, el efecto sobre las personas sería como una peligrosa sobredosis de radiografías.

Los científicos se asomarán pronto a una ventana hacia lo desconocido en forma de choques de partículas. "Para trabajar en el CERN no hace falta ser un Einstein ni un genio en potencia con capacidad para revolucionar el mundo científico", reflexiona Jesús Puerta Pelayo, físico de CMS. "Pero los que trabajamos aquí tenemos en común la ilusión por aportar nuestra pequeña contribución al desarrollo del conocimiento. Estamos a punto de algo grande, y ése es el espíritu que se respira en el CERN".