La 'catedral' de la f¨ªsica de part¨ªculas

En el gran t¨²nel del CERN, a un centenar de metros bajo el trazado que se iluminar¨¢ esta noche, resulta patente que para investigar las part¨ªculas m¨¢s min¨²sculas de la materia los f¨ªsicos tienen que construir descomunales aparatos cient¨ªficos. Gigantescos imanes gu¨ªan a las part¨ªculas subat¨®micas, aceleradas hasta velocidades pr¨®ximas a la de la luz, para hacerlas chocar; los detectores, tambi¨¦n enormes y complejos, registran los efectos de esos choques, que dan informaci¨®n sobre el microcosmos as¨ª como pistas sobre la historia del universo. A esto se dedican los f¨ªsicos e ingenieros del CERN desde hace ahora medio siglo.

En uno de lugares del t¨²nel donde los haces de part¨ªculas del nuevo acelerador LHC se cruzar¨¢n millones de veces por segundo, se ha excavado una caverna de 35 metros por 55 de longitud y 45 de altura. Es como una catedral, dicen los f¨ªsicos con satisfacci¨®n. Una catedral que alojar¨¢ un detector, un aparato de 7.000 toneladas de acero y electr¨®nica, de tecnolog¨ªa avanzada al servicio de la ciencia b¨¢sica. Las paredes de esta caverna est¨¢n cubiertas de armazones y gr¨²as impresincindibles para montar este detector Atlas, cuyas piezas van llegando de todo el mundo. Y es s¨®lo uno de los cinco detectores del LHC.

A pocos kil¨®metros se ensamblan partes de otro, el CMS, que luego se bajar¨¢n hasta su caverna correspondiente. Otros tres m¨¢s espec¨ªficos (Alice, LHCb y Totem) ocupar¨¢n sus salas excavadas alrededor del t¨²nel. Todo el CERN, unas 2.500 personas, est¨¢ volcado en el proyecto del nuevo acelerador -el de mayor energ¨ªa jam¨¢s alcanzada-, y participan en el mismo varios miles m¨¢s de instituciones y centros de decenas de pa¨ªses, incluidos EE UU, Jap¨®n y Rusia. El LHC, un colisionador de protones contra protones, con un coste de 2.100 millones de euros, debe empezar a funcionar en 2007.

Jorg Wenninger, uno de los responsables del sistema de enfoque de los haces del LHC, muestra el t¨²nel que lo alojar¨¢, en una visita para El PA?S. Se ha retirado el acelerador anterior, el LEP, para el que se construy¨® el t¨²nel, y todo se prepara para el nuevo.

Los haces de part¨ªculas que chocar¨¢n frontalmente en el LHC no arrancar¨¢n en esta m¨¢quina, explica Wenninger, sino que varios aceleradores menores, que en el pasado fueron equipos cient¨ªficos avanzados, se usar¨¢n ahora concatenados para imprimir energ¨ªa a los protones antes de entrar en el nuevo acelerador. Esta estrategia de aprovechar infraestructuras anteriores en el siguiente desaf¨ªo es la clave del CERN para desarrollar las mayores y m¨¢s avanzadas instalaciones de f¨ªsica de part¨ªculas con un coste comparativamente bajo.

Los f¨ªsicos conocen bastante bien el universo subat¨®mico. Saben que todo est¨¢ formado por un pu?ado de part¨ªculas elementales que interaccionan intercambiando otras part¨ªculas. La descripci¨®n de c¨®mo funcionan esos ladrillos b¨¢sicos del cosmos se llama Modelo Est¨¢ndar, que ha sido comprobado experimentalmente con precisi¨®n apabullante. La teor¨ªa abarca tambi¨¦n las familias de part¨ªculas que s¨®lo se observan ahora en los aceleradores, y que existieron en los primeros momentos del universo, pero hay serias lagunas que apuntan hacia inc¨®gnitas profundas, como el origen de la masa de las part¨ªculas. Ese dominio de lo desconocido es lo que se quiere explorar con el LHC.

El acelerador estar¨¢ formado por unos 1.800 segmentos. La mayor¨ªa de ellos (1.232) son unas piezas cil¨ªndricas, llamadas dipolos, de 15 metros de longitud y uno de di¨¢metro. "Todos tienen que estar alineados con una precisi¨®n de 0,1 mil¨ªmetros", dice el ingeniero Vinod Chohan. Dentro van los dos tubos de alto vac¨ªo, por los que circular¨¢n los haces de protones en direcciones opuestas, y los imanes superconductores que los dirigir¨¢n gracias a intensos campos magn¨¦ticos.

Chohan dirige las pruebas exhaustivas que pasa cada dipolo. "El LHC supone innovaciones fundamentales", afirma. "Es un acelerador de muy alta energ¨ªa hecho con un m¨ªnimo coste, y esto nos obliga a llevar todo al l¨ªmite". La diferencia respecto a otras instalaciones son los electroimanes superconductores que, enfriados con helio l¨ªquido a temperaturas ultrabajas (1,9 grados sobre el cero absoluto), no oponen resistencia al paso de la corriente el¨¦ctrica.

El sistema de criogenia es esencial y los conductos han empezado a llegar al CERN, pero tienen fugas y hay que solucionar el problema. Como la refrigeraci¨®n va instalada en el t¨²nel entre la pared del arco interior y el acelerador, ¨¦ste no se puede empezar a montar y se teme que haya retrasos.

Mientras tanto avanzan los detectores. La estructura de estos aparatos es similar a una cebolla cil¨ªndrica, con diferentes capas alrededor del punto de colisi¨®n de los protones acelerados en el LHC. Cada capa tiene un cometido registrando la trayectoria y las caracter¨ªsticas de las nuevas part¨ªculas generadas en los choques.

Detector de 12.500 toneladas

CMS ahora, en el montaje, es como un trozo de salchich¨®n gigante cortado en varias lonchas de 15 metros de di¨¢metro y uno de grosor. "Cuando este terminado pesar¨¢ 12.500 toneladas y medir¨¢ 21 metros de largo y 15 de ancho", comenta Jes¨²s Puerta Pelayo, f¨ªsico procede del Ciemat espa?ol, pero ahora contratado por la Universidad de Bolonia (Italia). ?l se ocupa en el CERN de preparar las c¨¢maras de muones (la capa exterior de CMS) que llegan de varios lugares, incluidos el Ciemat y el IFCA de Santander. "CMS y Atlas son diferentes en concepto de dise?o, pero ambos son detectores multiprop¨®sito y complementarios", explica. "En el LHC los haces de protones, con 2.800 paquetitos de cien mil millones de part¨ªculas cada uno en cada sentido, se cruzar¨¢n 40 millones de veces por segundo, y en cada uno de los 40 millones de cruces se producir¨¢n unos 20 choques de part¨ªculas".

Tan grande es el volumen de datos que se generar¨¢n en el LHC que no existen ordenadores capaces de afrontar la informaci¨®n y c¨®mputo. Por ello el CERN ha desarrollado un nuevo sistema, Grid, de computaci¨®n distribuida entre miles de ordenadores en todo el mundo y conectados por Internet. No hay que olvidar que la world wide web se invent¨® en el CERN.

Pese al tama?o de CMS, la C significa compacto y Atlas es mayor a¨²n. "Medir¨¢ 20 metros de alto y ser¨¢ capaz de medir las trazas de las part¨ªculas con una precisi¨®n de 0,01 mil¨ªmetros", explica Mar Capeans, mostrando con admiraci¨®n el avance del montaje en la caverna. Ella trabaja en la construcci¨®n de la capa interna del detector. "En la colaboraci¨®n de Atlas est¨¢n unos 1.800 f¨ªsicos e ingenieros de 34 pa¨ªses", comenta.

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