En apariencia, el Laboratorio Europeo de Física de Partículas (CERN, por sus siglas en francés) no es muy diferente a un campus universitario. Un edificio en forma de esfera a la entrada del complejo y un pequeño jardín en el que se exhiben antiguas piezas de aceleradores sugieren que estamos en un lugar especial.
Pero aquí,
en la frontera entre Suiza y Francia, lo verdaderamente extraordinario ocurre bajo nuestros pies. A cien metros de profundidad hay un túnel de 27 kilómetros de circunferencia por el que circulan y colisionan protones a una velocidad cercana a la de la luz. Se trata del Gran Colisionador de Hadrones (
Large Hadron Collider, LHC), el acelerador de partículas más grande jamás construido. Una obra faraónica y multimillonaria que está permitiendo realizar el que muchos consideran el mayor experimento del mundo.
Si desde su i
nauguración, en 2008, el LHC se considera un hito de la ingeniería y la ciencia, el 4 de julio de 2012, cuando fue anunciado el
descubrimiento del bosón de Higgs, se ganó un lugar destacado en la historia de la Física. Ahora se ha hecho la primera gran parada técnica para realizar mejoras y preparar la siguiente etapa del acelerador de partículas, que comenzará en 2015. Y es que aquí todavía queda mucha ciencia por hacer.
La 'máquina del tiempo'
¿De qué está hecho el Universo? ¿Cómo comenzó todo? El CERN, un organismo internacional fundado en 1954, nació con el objetivo de investigar de qué está compuesta la materia. «No entendemos la mayor parte del Universo», afirma Luis Álvarez-Gaumé, físico teórico en el CERN desde hace un cuarto de siglo. Según detalla, sólo un 4% del Universo está constituido por átomos, es decir, es materia como la nuestra. La inmensa mayoría es energía oscura (74%) y materia oscura (22%), pero no saben qué es ni de dónde procede: «Ni siquiera entendemos bien ese 4%».
Para intentar comprenderlo, el CERN construye instrumentos como el LHC, que ha costado unos 3.000 millones de euros y ha sido bautizada como la máquina del tiempo. Y es que aquí los científicos reproducen unas condiciones parecidas a las que debieron darse tras el Big Bang, la gran explosión que originó el Universo hace 13.700 millones de años.
Un operario en el detector ALICE.
cern
Uno de los principales objetivos del LHC era confirmar o refutar la existencia del bosón de Higgs, la única partícula predicha por el Modelo Estándar de Física de Partículas que quedaba por descubrir y de la que se pensaba que tenía un papel clave en el mecanismo por el que se origina la masa del Universo. Se llamó así por el británico
Peter Higgs, uno de los físicos teóricos que en los 60 propuso su existencia y por cuyo trabajo
ha recibido en 2013 [junto a François Englert] el Nobel y el Premio Príncipe de Asturias. «Mucha gente apostaba por que no se podía descubrir. Pero el bosón que han visto nuestros compañeros experimentales se parece mucho al descrito en los 60. Ha sido un trabajo de una dificultad inmensa, como buscar un aguja en un pajar», señala Álvarez-Gaumé.
«Hemos descubierto una partícula que creemos que es el bosón de Higgs, no está confirmado al 100% pero probablemente no lo esté nunca. Ahora toca determinar sus propiedades», explica el leonés Isidro González, físico de la Universidad de Oviedo, que trabajó en el antiguo acelerador LEP, que predecesor al LHC.
Además de estudiar con precisión el bosón de Higgs, para el director del CERN, Rolf Heuer, el gran objetivo del LHC a partir de 2015 será investigar la materia oscura:«Sabemos que existe pero no sabemos qué es. Realmente esperamos que el LHC abra la primera ventana y nos dé algunas ideas», explica durante una rueda de prensa con periodistas españoles invitados a visitar las instalaciones del CERN aprovechando el parón técnico del gran acelerador.
A 100 metros bajo tierra
Tras recorrer en autobús ocho kilómetros rodeados de montañas nevadas, comenzamos nuestro descenso en ascensor hasta las entrañas del LHC, a 100 metros bajo tierra. Ahora estamos en territorio francés, pues en nuestra primera parada visitaremos el experimento CMS, uno de los cuatro detectores [los otros se llaman ATLAS, LHCb y ALICE] colocados en puntos estratégicos del anillo circular de 27 kilómetros. En estos cuatro lugares se hacen chocar dos haces en los que han inyectado protones que viajan a una velocidad cercana a la de la luz para que los detectores puedan registrarlos, analizarlos y buscar partículas, como el escurridizo bosón de Higgs.
Aunque el Gran Acelerador de Hadrones no está ahora en funcionamiento, las normas de seguridad prohíben que bajen a la cueva mujeres embarazadas y personas con marcapasos debido a la gran cantidad de equipos eléctricos que hay y a los restos de radiación que quedan. Como es lógico, el casco es obligatorio y no se puede llevar tacones. Cuando el LHC está en marcha, está prohibido entrar en las cuevas. Según cuenta el canario Garoe González, físico del IFAE de Barcelona e investigador de ATLAS, para asegurarse de que no hay nadie en las cuevas, cada persona que baja debe llevar una llave y entregarla al salir. De vez en c uando, algún despistado se olvida de devolverla y no se puede poner en marcha hasta que se le localiza.
El lugar más frío del Sistema Solar
Nos acompaña durante nuestro recorrido José Miguel Jiménez, uno de los científicos que mejor conoce los entresijos de este anillo subterráneo, cuyo interior está considerado el lugar más vacío y el más frío del Sistema Solar. Durante sus últimos ocho años en el CERN [lleva aquí casi dos décadas], ha sido el jefe del equipo de 140 personas que se encarga de los sistemas de vacío del acelerador y de las tecnologías de revestimiento que permiten que el haz circule de manera más eficiente dentro del túnel. En enero, entrará en el directorio del CERN como jefe del Departamento de Tecnologías.
Como nos acompaña un bombero, nos permiten adentrarnos más en el túnel de lo que, según nos explican, suelen hacer los visitantes que acceden a esta zona. Jiménez nos muestra, por ejemplo, las zonas del anillo en las que la temperatura alcanza los -271º C. El tiempo récord que han mantenido circulando los haces de manera continua por el túnel es de 22 horas y media. «Cuando el LHC está en funcionamiento tenemos ingenieros y técnicos trabajando 24 horas al día, siete días por semana», afirma Jiménez, que detalla que en 2012 el LHC estuvo operativo del 6 de enero al 18 de diciembre.
José Miguel Jiménez, en el túnel de 27 kilómetros del LHC.
Accedemos ahora a la espectacular cueva en la que se encuentra el detector CMS, que fue el que, paralelamente con ATLAS, detectó el bosón de Higgs:«Aunque sean experimentos rivales, tambien son hermanos. porque los dos tienen que ver lo mismo», explica el manchego Jesús Puerta Pelayo, físico experimental del CIEMAT.
El detector es un gran cilindro modular de 15 metros de alto por 21 de largo. Pesa 14.000 toneladas y cada una de sus piezas puede desplazarse longitudinalmente a lo largo de la caverna, como se aprecia bien ahora, durante los trabajos de mejora:«Aunque su tamaño es la mitad que ATLAS, es mucho más pesado porque es más compacto», explica Puerta, que compara el esquema de estos detectores con el de una cebolla. «Hay varias capas alrededor del punto de interacción y cada una absorbe un tipo de partículas y tiene un equipo de mantenimiento especializado. En la más externa hay 250 cámaras detectoras de muones (partículas parecidas a los electrones pero con más masa), de las que 70 se han hecho en Madrid», detalla Puerta, que vive entre Madrid y Ginebra y ha trabajado en todas las etapas de construcción del CMS. «El detector es como una cámara digital que tiene que tomar 40 millones de fotos por segundo y tiene 80 millones de píxeles», compara María Chamizo, física del CIEMAT. «Además, tiene que ser inteligente para ser capaz de saber si las fotos son interesantes o no, porque la inmensa mayoría ni te interesa ni las puedes guardar porque no tienes capacidad», precisa Jesús Puerta.
Un operario en el túnel de 27 kilómetros del LHC, a 100 metros de profundidad.
CERN
Durante nuestra visita a la caverna del gigantesco detector ATLAS, que está en Suiza, junto al complejo del CERN, y cuyo tamaño es comparable al de la Torre Eiffel, Inma Riu, investigadora del IFAE, explica cómo seleccionan los sucesos que registran los detectores: «Hay que seleccionar aquellos que nos proporcionen información sobre lo que pasó en el Universo antiguo pero hay que tener mucho cuidado para no sesgar la muestra».
«Si tienes muchas colisiones que no te interesan te introduce demasiado ruido y te estropea lo que quieres ver», afirma Isidro González.
En funcionamiento hasta 2030
«La mayoría de los sucesos que vemos ya los conocemos, es ruido. Queremos ver descubrimientos nuevos», explica Mar Capeans, que se dedica a mejorar los detectores del LHC, [que va a estar en funcionamiento hasta 2030], con las tecnologías disponibles en la actualidad.
Los detectores se renovarán en tres fases [ahora, en 2018 y en 2022] para «hacer esa limpieza más rápido y poder estudiar con mucha más precisión el bosón de Higgs. También queremos aprender a detectarlo antes. Hasta ahora hemos visto unos 2.000Higgs, decayendo en procesos diferentes», añade Capeans. «Con el aumento de energía de 7-8 teraelectronvoltios (TeV) a 13 TeV y el incremento de la luminosidad (equivalente al número de colisiones), a partir de 2015 estimamos que veremos un millón de Higgs en la próxima década, lo que permitiría hacer física de precisión».
Aunque el acelerador esté detenido, los científicos siguen analizando los resultados. La semana pasada anunciaron que habían observado cómo bosón de Higgs se desintegra en fermiones, como esperaban: «Hasta ahora habíamos visto el Higgs desintegrándose en bosones (partículas de fuerza Z, W, fotón)», explica Capeans. "La desintegración del Higgs a fermiones (que son las partículas de las que esta hecha la materia) es una predicción del Modelo Estándar. Este resultado es una confirmación de que el Higgs que vemos es consistente con éste, y serán probablemente los datos que obtendremos a partir del 2015 los que nos podrán indicar si esa consistencia continua o si otros modelos son posibles o existen mas bosones de Higgs».
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