Acelerador LEP: el final de un gigante

Legado impresionante

En el verano de 1989, el acelerador LEP (iniciales de Large Electron-Positron collide o gran colisionador de electrones y positrones), del Laboratorio Europeo de F¨ªsica de Part¨ªculas (CERN), detectaba las primeras colisiones de electrones y positrones. Ahora, 11 a?os m¨¢s tarde, acaba de terminar su distinguida carrera; las autoridades del CERN han decidido cerrarlo, a pesar de las indicaciones muy recientes de se?ales de la part¨ªcula de Higgs, la ¨²nica que falta para completar el modelo est¨¢ndar de interacciones. Este cierre es algo que muchos cient¨ªficos sentimos profundamente. Y es que el ser humano tiene su mente construida de tal manera que es capaz de sentir afecto (o repulsi¨®n) no s¨®lo por otros seres humanos, o animados, sino tambi¨¦n por objetos materiales e incluso por algo aparentemente tan fr¨ªo como un aparato cient¨ªfico.Los aceleradores de part¨ªculas son, sin duda, los instrumentos m¨¢s gigantescos y precisos construidos por el hombre. LEP, construido a caballo entre Francia y Suiza cerca de Ginebra, tanto en su versi¨®n original como en la ¨²ltima, conocida como LEP200 (por llegar su energ¨ªa a algo m¨¢s de 200.000 millones de electronvoltios) ha gozado y goza del cari?o de los f¨ªsicos de part¨ªculas, te¨®ricos y experimentales.

Lista de ¨¦xitos

Por ello, nos parece apropiado dedicarle unas l¨ªneas; y no s¨®lo por su legado cient¨ªfico, ciertamente impresionante, sino porque este acelerador signific¨® algo muy especial en la ciencia, en particular en la europea. En efecto, desde su construcci¨®n, LEP se constituy¨® en el m¨¢s grande acelerador del mundo; y es muy poco probable que sus 27 kil¨®metros de circunferencia sean superados en un futuro pr¨®ximo.Pero adem¨¢s, desde un punto de vista t¨¦cnico, es un instrumento que no tiene parang¨®n. Por LEP circulan -m¨¢s bien, circulaban- part¨ªculas, electrones y positrones, en direcciones opuestas. Van agrupados en peque?os paquetes de tama?o microm¨¦trico, cada uno de ellos conteniendo del orden de un bill¨®n de electrones o positrones.

Estos paquetes (pensemos en gotas de un l¨ªquido) se cruzan en cuatro puntos 45.000 veces por segundo, y eventualmente un electr¨®n de uno de ellos choca frontalmente con un positr¨®n del contrario, produci¨¦ndose una interacci¨®n (como una peque?¨ªsima explosi¨®n) cuyos fragmentos se registran en un detector que rodea al punto de choque.

No es f¨¢cil darse cuenta de las maravillas de ingenier¨ªa que todo esto requiere. Para que los paquetes se crucen en el lugar preciso, las part¨ªculas que los forman tienen que ser guiadas por campos magn¨¦ticos de manera que se mantengan dando vueltas durante varias horas en ¨®rbitas muy precisas. Y todo esto, movi¨¦ndose a una velocidad que dista menos de diez billon¨¦simas de la de la luz, con lo que llegan a recorrer distancias equivalentes a hacer varias veces el viaje de ida y vuelta a Plut¨®n.

Todo lo relacionado con LEP est¨¢ rodeado de similares alardes t¨¦cnicos. Un ejemplo ilustrativo: para saber la energ¨ªa que llevan las part¨ªculas es necesario conocer con precisi¨®n la longitud exacta de su recorrido (la circunferencia de LEP). Ocurre que el suelo sobre el que descansa el acelerador, como cualquier otra parte de la corteza terrestre, se deforma un poco peri¨®dicamente debido al efecto marea (atracci¨®n de la Luna y el Sol). Este efecto es peque?¨ªsimo, de una fracci¨®n de un mil¨ªmetro en 27 kil¨®metros, pero no es despreciable para la precisi¨®n requerida por LEP, por lo que tiene que ser tenido en cuenta.

Esta precisi¨®n de la ingenier¨ªa es respondida por una precisi¨®n comparable en las medidas de magnitudes f¨ªsicas realizadas. Es cierto que, a primera vista, esta m¨¢quina no ha hecho ning¨²n descubrimiento sensacional. Todo lo que en LEP se ha medido era m¨¢s o menos lo esperado. Pese a ello, su legado cient¨ªfico es simplemente impresionante. A?o tras a?o, en este acelerador se han ido haciendo medidas con precisi¨®n antes considerada inalcanzable. Y estas medidas han servido para conseguir que tanto la teor¨ªa de interacciones fuertes (subnucleares) como, sobre todo, las unificadas de interacciones electromagn¨¦ticas y d¨¦biles, lo que se conoce como el modelo est¨¢ndar de la f¨ªsica de part¨ªculas, se hayan convertido en algo que puede, sin duda, considerarse como el marco conceptual m¨¢s completo y elaborado de la historia de la f¨ªsica.

Entre las medidas de precisi¨®n hechas en LEP est¨¢n algunas de las determinaciones m¨¢s exactas de la intensidad de las interacciones fuertes, la medida m¨¢s precisa de la masa y propiedades de la part¨ªcula Z y, en competici¨®n con el colisionador de protones y antiprotones de Fermilab, cerca de Chicago (EE UU), las medidas de masas y propiedades de las part¨ªculas W, as¨ª como el triple v¨¦rtice de interacci¨®n ZWW, predicho te¨®ricamente en 1961 por Sheldon Glashow y s¨®lo observable con LEP200 (las part¨ªculas W y Z son las responsables de la interacci¨®n d¨¦bil, en particular de las desintegraciones radiactivas). Tambi¨¦n el conjunto de medidas con gran exactitud de propiedades de otras part¨ªculas (leptones, quarks c y b) realizadas en LEP constituir¨¢n por s¨ª solas un legado cient¨ªfico de primera magnitud.

Pero sin duda las m¨¢s impactantes de las medidas realizadas con LEP son las de precisi¨®n en interacciones electromagn¨¦ticas y d¨¦biles a gran energ¨ªa (de 90.000 a 210.000 millones de electronvoltios), con unos errores inferiores al uno por mil. La precisi¨®n de estas medidas es tal que, invocando argumentos de consistencia interna del modelo est¨¢ndar, fue posible inferir la existencia y la masa del quark m¨¢s pesado, el quark top, antes de que ¨¦ste fuese descubierto directamente, con las propiedades predichas, en el colisionador de Fermilab. Todav¨ªa hoy, cinco a?os despu¨¦s de este descubrimiento, las propiedades del quark top deducidas indirectamente de las medidas de LEP compiten en precisi¨®n con las hechas sobre el propio quark en Fermilab.

Algo similar ocurre con la medida directa de la masa del bos¨®n W, realizada en Fermilab y en el propio LEP, y su inferencia indirecta a partir de otras medidas de precisi¨®n de este ¨²ltimo.

Finalmente, e independientemente de las se?ales observadas ¨²ltimamente acerca de la existencia de la part¨ªcula de Higgs, y que han prolongado la vida de LEP, la evidencia m¨¢s cre¨ªble de su existencia es la indirecta, debida a medidas de precisi¨®n de otros procesos, en LEP. El que todas estas relaciones nada triviales de consistencia del modelo est¨¢ndar se cumplan es algo que no sab¨ªamos antes de que este acelerador echase a andar.

Tal vez esta lista de ¨¦xitos explique el cari?o que los cient¨ªficos han sentido hacia LEP; como espa?oles y europeos tenemos otras razones, adem¨¢s de las cient¨ªficas, para que LEP no pueda ser considarado un instrumento como otros. En efecto, LEP fue el primer acelerador europeo que estaba claramente por delante de lo que se hac¨ªa en EE UU.El acelerador con objetivos similares que all¨ª funcion¨®, el SLC de Stanford (California), fue el que, a pesar de algunos ¨¦xitos notables, hizo de pariente pobre en esta competici¨®n cient¨ªfica. Y podemos tambi¨¦n destacar que, por primera vez en la historia de la f¨ªsica subat¨®mica (que comenz¨® con el siglo XX) Espa?a ha contribuido al avance cient¨ªfico de una manera real, en condiciones de igualdad con el resto de los pa¨ªses europeos.

Alrededor de LEP se han formado en Espa?a m¨¢s de cincuenta j¨®venes investigadores, quienes han nacido cient¨ªficamente sin el complejo de pensar que ser espa?ol, o no serlo, tenga ninguna relevancia en conexi¨®n con hacer ciencia. Finalmente, LEP tambi¨¦n abre muchos interrogantes, el m¨¢s espectacular de los cuales es la posible existencia de la part¨ªcula de Higgs, de la que LEP nos ha dejado tan cerca.

Despu¨¦s de tantos a?os de datos, podr¨ªa parecer razonable un peque?o reposo. Pero los f¨ªsicos, como todos los humanos, no siempre se caracterizan por ser razonables. Antes de que LEP terminase de funcionar, algunos ya perd¨ªan el sue?o por el siguiente proyecto: el LHC, que ocupar¨¢ el mismo t¨²nel y en donde tal vez algunos de los interrogantes abiertos por LEP dejar¨ªan de serlo.

Jos¨¦ Bernab¨¦u, Enrique Fern¨¢ndez y Francisco Yndur¨¢in son catedr¨¢ticos de F¨ªsica de la Universidad de Valencia, la Universidad Aut¨®noma de Barcelona y la Universidad Aut¨®noma de Madrid, respectivamente.