Cuenta atr¨¢s para el gran acelerador

Durante un d¨ªa normal de trabajo en el CERN (Laboratorio Europeo de F¨ªsica de Part¨ªculas) los cient¨ªficos convivimos con un n¨²mero considerable de visitas. No es que los experimentos de f¨ªsica de altas energ¨ªas sean los reclamos tur¨ªsticos m¨¢s demandados en las agencias de viajes, pero lo cierto es que es habitual ver c¨®mo la gente que, por uno u otro motivo viene a visitar el CERN, se queda boquiabierta frente a las enormes m¨¢quinas que forman los detectores de cualquiera de los experimentos. Y no es para menos.

Grandes piezas, colores vivos, cables, luces... Piezas as¨ª podr¨ªan verse en museos modernos

El colisionador LHC generar¨¢ 'mini Big Bangs' controlados a nuestra disposici¨®n

La utilidad de lo que a¨²n hay por descubrir superar¨¢ todo lo que hoy podamos imaginar

La impresi¨®n inicial que produce la visi¨®n de cualquiera de estos aparatos es una mezcla entre las que producir¨ªan un gran templo g¨®tico y una instalaci¨®n de arte contempor¨¢neo. Grandes piezas, colores vivos, cables, luces... Piezas similares podr¨ªan verse en museos modernos, si no fuese por las enormes dimensiones.

Pero en el CERN no se trata de arte ni de turismo, sino de ciencia. Ciencia en ebullici¨®n en los ¨²ltimos tiempos, ya que estamos a meses vista del arranque de un proyecto cient¨ªfico sin precedentes: la entrada en funcionamiento del acelerador de part¨ªculas LHC (Large Hadron Collider, o Gran Colisionador de Hadrones), el m¨¢s potente construido en el mundo hasta la fecha. Uno de los ¨²ltimos grandes hitos logrados en el CERN se produjo el pasado 28 de febrero. La parte central de CMS (Compact Muon Solenoid), uno de los dos grandes experimentos que registrar¨¢n las colisiones de part¨ªculas provenientes de LHC, fue descendida desde la superficie a la caverna donde se aloja el detector.

Fue un momento de gran espectacularidad visual. Hablamos del im¨¢n superconductor m¨¢s potente del mundo, embutido junto con otros detectores en una pieza de 15 metros de alto y 1.400 toneladas de peso, bajando durante 12 horas por un pozo hasta una caverna excavada a 100 metros de profundidad en la l¨ªnea del acelerador, un t¨²nel circular de 27 kil¨®metros de per¨ªmetro. All¨ª est¨¢ siendo ensamblado junto al resto de componentes del experimento, para formar un enorme aparato de 15 metros de altura por 20 de longitud y m¨¢s de 12.000 toneladas de peso. Y ¨¦sta es s¨®lo una parte del proyecto. ATLAS, el otro gran experimento asociado a LHC, tiene un tama?o incluso mayor y su montaje se est¨¢ llevando a cabo bajo tierra. Ambos experimentos, y dos m¨¢s dedicados a otras medidas espec¨ªficas (LHCb y ALICE), funcionar¨¢n leyendo los datos generados en las colisiones de part¨ªculas del acelerador 40 millones de veces cada segundo, con miles de millones de canales de medida, registrando con una precisi¨®n de mil¨¦simas de mil¨ªmetro un flujo de informaci¨®n similar al de todas las redes mundiales de telecomunicaciones unidas.

S¨ª, los n¨²meros impresionan, el proyecto es visualmente impactante y sus dimensiones apabullantes. Pero LHC no se ha construido para formar parte de las gu¨ªas tur¨ªsticas de Ginebra. Me temo que, si se limitase a ser un mero reclamo tur¨ªstico, no ser¨ªa demasiado rentable...

Entonces... "?Para qu¨¦?", es una de las preguntas t¨®picas que nos plantean a los f¨ªsicos que trabajamos en este campo.

El universo se gener¨® tras una explosi¨®n que denominamos Big Bang. En esos momentos toda la materia que hoy en d¨ªa vemos distribuida a lo largo y ancho del cosmos se encontraba concentrada en un espacio muy reducido, y r¨¢pidamente fue expandi¨¦ndose. Durante los primeros instantes del universo esa enorme concentraci¨®n de materia y energ¨ªa evolucion¨® de un modo que determin¨® la composici¨®n de nuestro universo actual. La materia de la que estamos construidos es consecuencia directa del modo en que se produjo esa explosi¨®n. El estudio de los procesos que se desarrollaron en aquellos momentos podr¨ªa explicar, entre otras cosas, por qu¨¦ el universo est¨¢ hecho de part¨ªculas, por qu¨¦ esas part¨ªculas tienen las masas que tienen, c¨®mo adquieren dichas masas, y por qu¨¦ todo lo que vemos est¨¢ formado por materia y no por antimateria (con las mismas caracter¨ªsticas pero carga el¨¦ctrica opuesta). El ¨²nico modo de estudiarlo es reproduciendo peque?os Big Bang de forma controlada, para lo cual necesitamos una potente m¨¢quina capaz de impulsar la materia hasta esas energ¨ªas. Es decir, un acelerador de part¨ªculas.

Otra pregunta t¨®pica: "?...y eso del acelerador y los experimentos, c¨®mo funciona?".

Contestar sin utilizar demasiados tecnicismos es complicado. Para conseguir reproducir estas mini-explosiones de alt¨ªsima energ¨ªa y alcanzar las condiciones existentes pocas mil¨¦simas de segundo tras el Big Bang se utilizar¨¢ el acelerador LHC. En el acelerador, situado en un t¨²nel circular a 100 metros bajo tierra, dos haces de protones girar¨¢n en orbitas conc¨¦ntricas opuestas hasta alcanzar velocidades cercanas a la de la luz. En ciertos puntos ambos haces ser¨¢n desviados y se har¨¢n chocar entre ellos. Estas colisiones generar¨¢n una concentraci¨®n de muy alta energ¨ªa que dar¨¢ lugar a la formaci¨®n de nuevas part¨ªculas. Es decir, un mini Big Bang controlado a nuestra disposici¨®n.

Muchas de esas part¨ªculas se desintegrar¨¢n en cascadas de otras muchas part¨ªculas en tiempos inferiores a la milmillon¨¦sima de milisegundo. Es alrededor de estos puntos de choque donde se situar¨¢n los detectores asociados a los experimentos. Los detectores ser¨¢n una especie de gigantescas c¨¢maras capaces de reproducir con enorme precisi¨®n los resultados de las colisiones. Todos los datos registrados por los detectores se asociar¨¢n para despu¨¦s reproducir una fotograf¨ªa de la colisi¨®n. Y entre esos miles de millones de fotos hay que encontrar unas pocas en las que se hayan generado part¨ªculas no observadas hasta ahora para estudiarlas y entender las propiedades de la materia a estas energ¨ªas.

Y la tercera pregunta en cuesti¨®n suele ser: "?...y para qu¨¦ sirve?", m¨¢s compleja a¨²n que las anteriores. No porque no haya una respuesta, sino porque desconocemos los detalles de dicha respuesta. Conocer estos detalles es lo que nos empuja a llevar a cabo los experimentos. Muchas teor¨ªas predicen los resultados de estas colisiones, pero no sabremos cu¨¢l de ellas es la acertada hasta que podamos tener una comprobaci¨®n experimental para continuar nuestro viaje al interior de la materia.

Puede sorprender a algunos que se realice una inversi¨®n semejante sin una aplicaci¨®n directa, pero la investigaci¨®n fundamental no tiene como objetivo encontrar dichas aplicaciones, sino ampliar las fronteras del saber. Tenemos la certeza de que todo lo que proporcione un conocimiento m¨¢s amplio sobre c¨®mo funciona nuestro mundo tendr¨¢, a corto, medio y largo plazo, aplicaciones pr¨¢cticas que hoy por hoy son imposibles de predecir. Sospecho que Faraday no ten¨ªa en mente mientras preparaba sus experimentos caseros con imanes y corrientes el¨¦ctricas que sus descubrimientos sobre inducci¨®n electromagn¨¦tica acabar¨ªan proporcion¨¢ndonos, casi dos siglos despu¨¦s, tel¨¦fonos m¨®viles, GPS y hornos microondas.

Por nuestra parte, de momento la tecnolog¨ªa que ha sido desarrollada para este proyecto ha podido ser aprovechada para muchos otros fines, desde aplicaciones m¨¦dicas hasta el mism¨ªsimo Internet. Lo ¨²nico cierto es que la utilidad de lo que a¨²n hay por descubrir superar¨¢ todo lo que hoy podamos imaginar. Y esa es parte de la belleza que hay tras la investigaci¨®n.

Es evidente que en un proyecto de esta envergadura el esfuerzo que requiere su puesta en funcionamiento es tit¨¢nico, y no exento de problemas. Hace varios d¨ªas salt¨® a los medios de comunicaci¨®n una aver¨ªa ocurrida en uno de los imanes de LHC. M¨¢s all¨¢ de las implicaciones que pueda tener, no deja de ser un hecho puntual, previsible dentro del proceso en el que nos encontramos inmersos: ensamblaje, pruebas, correcci¨®n de problemas, ajuste, calibraci¨®n y certificaci¨®n, cientos de actividades simult¨¢neas coordinadas que implican al acelerador y sus experimentos.

A pesar de las dificultades el proyecto avanza. Poco a poco nos acercamos a la meta que esperamos desde hace a?os. Para nosotros la bajada de la pieza central de CMS simboliza la culminaci¨®n de un reto que comenz¨® a gestarse hace m¨¢s de 20 a?os. Una labor que se est¨¢ llevando a cabo gracias a una colaboraci¨®n internacional en la que estamos involucrados miles de cient¨ªficos procedentes de m¨¢s de 50 pa¨ªses de los cinco continentes, y en la que pol¨ªtica, religi¨®n e intereses personales quedan en un segundo plano. Estamos en la cuenta atr¨¢s del proyecto m¨¢s importante al que se ha enfrentado la ciencia experimental. Esto ya va en serio.

Pero no adelantemos acontecimientos. Tenemos ante nosotros muchos meses de duro trabajo hasta que el acelerador y los experimentos entren en funcionamiento. Y a partir de ah¨ª, varios a?os de toma de datos y constantes estudios para conseguir comprender mejor la materia de la que estamos hechos. Ahora tenemos la m¨¢s grandiosa herramienta jam¨¢s construida que nos permitir¨¢ ver mucho m¨¢s all¨¢ de lo que nadie hasta ahora lo hab¨ªa hecho. Seg¨²n dijo el mismo Faraday: "Nothing is too wonderful to be true" (Nada es demasiado bello para ser verdad). Y si no, que se lo pregunten a nuestros visitantes.

Jes¨²s Puerta Pelayo es f¨ªsico en el CERN, miembro del grupo de coordinaci¨®n t¨¦cnica de CMS y responsable de divulgaci¨®n del detector central de muones.