Un acelerador para entender el universo

Europa tendr¨¢, en el 2004, el instrumento id¨®neo para comprender mejor la estructura fundamental de la materia. Ha sido un ¨¦xito de los 19 pa¨ªses europeos, incluida Espa?a, que aprobaron la semana pasada la construcci¨®n del nuevo superacelerador LHC en el Laboratorio Europeo de F¨ªsica de Part¨ªculas (CERN), junto a Ginebra. El abandono estadounidense de un acelerador gigante (el SSC) que persegu¨ªa los mismos objetivos ha dejado el campo abierto a los europeos para liderar este campo.En LCH (Large Hadron Collider), los f¨ªsicos de todo el mundo, puesto que otros pa¨ªses, incluidos Estados Unidos y Jap¨®n, han manifestado su inter¨¦s en participar, podr¨¢n explorar el microcosmos con una energ¨ªa jam¨¢s alcanzada hasta ahora en acelerador alguno. Tendr¨¢, de momento, 10 TeV (teralectronvoltios) de energ¨ªa, en comparaci¨®n con los 1,4 TeV del Tevatr¨®n estadounidense en que se descubri¨® este a?o el quark Top, la part¨ªcula elemental necesaria para confirmar que la descripci¨®n actual del microcosmos es correcta, aunque incompleta. En una segunda fase, el LHC alcanzar¨¢ los 16 TeV de energ¨ªa planeados. Costar¨¢ 260.000 millones de pesetas e implicar¨¢ en su construcci¨®n a las industrias tecnol¨®gicamente m¨¢s avanzadas.

"En los a?os noventa afrontamos nuevas cuestiones: ?qu¨¦ es la masa?, ?de d¨®nde procede?, ?por qu¨¦ hay m¨¢s materia que antimateria en el universo?, ?son las fuerzas aparentemente diferentes de la naturaleza aspectos de una ¨²nica fuerza fundamental?", explica Christopher Llewellyn-Smith, director del CERN. "El LHC est¨¢ dise?ado para buscar respuestas a estas preguntas y ser una herramienta indispensable para trazar s¨®lidos cimientos cient¨ªficos para el siglo XXI", contin¨²a.

En un instrumento como el LHC circulan, en sentido opuesto, haces de part¨ªculas aceleradas hasta casi la velocidad de la luz y se hacen chocar frontalmente para provocar microfogonazos que producen centenares de nuevas part¨ªculas. En los choques -protones contra protones en el LHC- se indaga c¨®mo se comportan los constituyentes de la materia. Y uno de los objetivos predilectos de los f¨ªsicos es el bos¨®n de Higgs, una part¨ªcula que, de existir, podr¨ªa explicar el origen de la masa de todas las dem¨¢s.

Luminosidad

"El potencial de un acelerador depende de su energ¨ªa y de su luminosidad. A mayor energ¨ªa, m¨¢s ¨ªntimamente pueden estudiarse los constituyentes y fuerzas fundamentales de la naturaleza; a mayor luminosidad, m¨¢s colisiones se obtienen, mayores son la precisi¨®n de las medidas y las posibilidades de observar fen¨®menos poco probables", explica ?lvaro de R¨²jula, f¨ªsico te¨®rico del CERN. "En un acelerador de protones como el LHC, una mayor luminosidad puede compensar una menor energ¨ªa, pero hace m¨¢s dif¨ªcil la toma de datos, que ha de ser m¨¢s r¨¢pida y selectiva", dice.'Al instalar el LHC en el t¨²nel de 27 kil¨®metros del CERN -donde,est¨¢ funcionando el acelerador LEP- y aprovechar su infraestructura, el coste ser¨¢ unas cinco veces inferior al del cancelado SSC. ?ste habr¨ªa alcanzado 40 TeV de energ¨ªa en un t¨²nel de 87 kil¨®metros que se empez¨® a construir desde cero. Los f¨ªsicos estadounidenses insistieron en que estas especificaciones eran irrenunciables y tal vez la experiencia de su fracaso en las negociaciones econ¨®micas y pol¨ªticas ha inclinado a los europeos a aceptar la versi¨®n transitoria reducida del LHC.

"El SSC habr¨ªa tenido energ¨ªa suficiente como para garantizar, en el marco de nuestros conocimentos actuales, el descubrimiento del bos¨®n de Higgs o alg¨²n otro mecanismo m¨¢s astuto que la naturaleza haya, podido emplear para dotar de masa a las part¨ªculas elementales. Tambi¨¦n hubiera bastado para explorar un rango interesante de masas de camaradas supersim¨¦tricas", dice De R¨²jula. "La supersimetr¨ªa es una hipot¨¦tica y atractiva propiedad de las part¨ªculas que exigir¨ªa que cada una de las conocidas estuviera asociada con otra nueva de diferente spin (una medida de c¨®mo se comporta una part¨ªcula al observarla desde distintos ¨¢ngulos)".

Entonces, ?qu¨¦ van a encontrar los europeos en el LHC? Tendr¨¢ menos energ¨ªa que la planeada del SSC, pero su luminosidad podr¨ªa ser de tres a 10 veces superior, por lo que su potencial de exploraci¨®n no ser¨¢ muy inferior. "Incluso en la primera fase de su construcci¨®n, con una luminosidad tres veces inferior a la m¨¢xima, el LHC bastar¨¢ para contrastar los modelos supersim¨¦tricos m¨¢s populares y, con mucha suerte, descubrir el bos¨®n de Higgs", dice De R¨²jula. "Pero, casi por definici¨®n de lo que es la investigaci¨®n, los descubrimientos m¨¢s interesantes podr¨ªan ser totalmente inesperados".

El comportamiento de las part¨ªculas no s¨®lo determina las propiedades de la materia, sino tambi¨¦n la arquitectura del universo, y como ¨¦ste, en los primeros instantes, estaba mucho m¨¢s concentrado y caliente que ahora, explorar energ¨ªas cada vez m¨¢s altas es aproximarse al cosmos primitivo: el LHC simular¨¢ sus condiciones cuando hab¨ªa transcurrido s¨®lo una billon¨¦sima de segundo tras el Big Bang.

En el LHC, los haces de protones se cruzar¨¢n en dos puntos del anillo, de 27 kil¨®metros en donde se instalar¨¢n dos detectores: Atlas y CMS. "Los experimentos del LHC se han dise?ado para buscar fen¨®menos predichos por los te¨®ricos. Pero hay que estar preparado para sorpresas", dijo Llewellyn-Smith.