Preparando ya otro gran acelerador

Aunque el gran acelerador de partículas LHC, que ha logrado ya el gran éxito del descubrimiento del bosón de Higgs, tiene aún mucho recorrido por delante, incluso duplicando la energía de sus colisiones dentro de un par de años, los físicos e ingenieros planean ya el siguiente paso que tienen que dar, es decir, la gran máquina científica con la que seguir profundizando en la exploración de la naturaleza aun cuando hayan exprimido casi todo su jugo al LHC. Hoy se presenta a escala mundial el que debe ser el futuro gran acelerador de partículas, el ILC (siglas en inglés de Colisionador Lineal Internacional), y sus detectores. Será una máquina lineal, en lugar de circular, medirá 35 kilómetros y Japón quiere alojarla.

Este año puede señalarse, en la jerga científica, como el año del bosón de Higgs. El descubrimiento realizado por los experimentos CMS y ATLAS, del LHC, a mediados de 2012 y corroborado por los análisis subsiguientes, han propiciado un protagonismo magnífico de la partícula y de sus proponentes teóricos y descubridores experimentales. No es para menos, tras más de 50 años de búsqueda y de grandes inversiones de capital humano y tecnológico, de buenas colaboraciones internacionales y transferencia de conocimiento y tecnología a la sociedad de gran importancia, revolucionaria.

El LHC fue propuesto hace tres décadas y su diseño y construcción ha requerido más de 20 años de esfuerzo colectivo que solo una organización internacional, como el CERN (Laboratorio Europeo de Física de Partículas) podía plantearse. Dos años de funcionamiento han mostrado su enorme capacidad, culminada con el descubrimiento de un bosón de Higgs. Pero aún le queda mucho por observar y entender de la estructura íntima de la materia y de sus fuerzas fundamentales. Se espera que siga funcionando una veintena de años más y, si la naturaleza lo permite, otros hallazgos vendrán que nos ayudarán a conocer la parte del universo que llamamos materia oscura. En todo caso, es seguro que el LHC va a permitir un conocimiento mucho más profundo de la materia ordinaria y, particularmente, de este bosón de Higgs que hemos descubierto.

La nueva máquina permitirá profundizar en el bosón de Higgs

La historia del LHC sigue una pauta similar a la de otros grandes aceleradores previos, como el LEP del CERN, o el Tevatron de Fermilab, en Chicago. Es decir, muchos años de diseño y de I+D de nuevas tecnologías, hasta su construcción, y muchos años de explotación. Suele decirse que los aceleradores de protones (y antiprotones) como el LHC o el Tevatron son idóneos para el descubrimiento de nuevas partículas elementales, mientras los de electrones y positrones (antielectrones) producen medidas muy precisas de las propiedades de las partículas. Si bien no es del todo cierto, si hay cierta lógica en dicha afirmación; lo que sí es muy razonable, y así se entiende en la estrategia de los investigadores, es el excelente complemento entre ambos tipos de aceleradores.

No es de extrañar, por tanto, que la comunidad científica internacional esté preparando un nuevo colisionador de electrones y positrones para un futuro cercano, que complemente al LHC y abra nuevas expectativas en el conocimiento de nuestro universo.

El ILC es un proyecto de carácter mundial con participación de Europa, Asia y América que comenzó a desarrollarse hace más de 10 años y cuyo proyecto técnico se presenta hoy, desde los grandes laboratorios mundiales de KEK (Tokio), CERN (Ginebra) y Fermilab (Chicago). La presentación incluye tanto la máquina (un acelerador lineal de electrones y positrones de 35 kilómetros de longitud) como los dos grandes detectores, ILD y SID, que proponen técnicas complementarias para aumentar la eficacia de las medidas y reforzar los resultados.

El de hoy va a ser un acontecimiento extraordinario que durará las 24 horas del día, en el que destacados expertos teóricos y experimentales mostrarán al mundo los grandes avances realizados y la importancia de tener un nuevo colisionador lineal de estas características. En Europa, la transmisión se realizará desde el CERN, que ha establecido, en su estrategia científica futura, la prioridad en la participación en megaproyectos como este.

El ILC utiliza la técnica de aceleración de cavidades superconductoras; consiste en dos sistemas de 8.000 cavidades que acelerarán unos 10.000 millones de electrones y positrones hasta energías de choque que van desde dos veces la masa del bosón de Higgs observado en LHC, hasta un factor dos, en una primera fase, y hasta cuatro, en una segunda fase. Los haces, extremadamente compactos, colisionarán 14.000 veces por segundo.

El gran acelerador LHC tiene aún 20 años de vida por delante

La precisión de las medidas esperadas en las colisiones de electrones y positrones del ILC será tan alta que podrán estudiarse propiedades fundamentales, en particular del bosón de Higgs, mucho mejor que ningún otro acelerador actual puede hacerlo. Sus medidas, complementadas con las del LHC, permitirán resolver, sin lugar a dudas, si el bosón de Higgs observado es el del modelo estándar o una extensión del mismo. También permitirá hacer medidas extraordinariamente precisas de la masa del quark top, entre otros de sus objetivos.

Además, como ya ha ocurrido con otros grandes proyectos en física de altas energías, los proyectos de I+D que se están realizando en torno al ILC están catapultando la innovación en áreas muy diversas, desde la medicina hasta el control de calidad industrial, la computación, etcétera. En los próximos meses se espera que aparezcan las propuestas de ubicación del ILC. Japón ha manifestado su interés al más alto nivel político y ha realizado estudios de suelo para su ubicación, con dos lugares a escoger en su territorio, uno en el Norte y otro en el Sur. La comunidad internacional del ILC consta ya de más de 2.000 físicos e ingenieros, de 300 instituciones científicas de más de 20 países de todo el mundo y se verá incrementada en el futuro.

En colaboración muy cerrada con el ILC hay un proyecto futuro denominado CLIC (Colisionador Lineal Compacto) que permitirá alcanzar energías varias veces superior a las del ILC. Utiliza una técnica diferente de aceleración y, junto a la máquina, hay proyectos de detectores equivalentes.

La comunidad española del ILC lleva casi 10 años trabajando en el proyecto y está coordinada a través de una red temática. Cubre tanto aspectos de aceleradores como de detectores y se ubica, fundamentalmente, en algunas de las instituciones que participan en el LHC y otras, de Madrid, Valencia, Barcelona, Cantabria, Granada y Zaragoza.

Alberto Ruiz Jimeno es investigador del Instituto de Física de Cantabria IFCA (CSIC-Universidad de Cantabria) y coordinador de la Red Temática Española de Futuros Aceleradores Lineales.