El acelerador estrecha el cerco al ?Eureka!

El gran acelerador de part¨ªculas (LHC) de Ginebra est¨¢ funcionando al pleno rendimiento previsto (para su primera fase) y sus mayores detectores han acumulado ya los datos de m¨¢s de 70 billones de choques de protones. El complejo cient¨ªfico, dise?ado para averiguar c¨®mo se hace la materia a la escala m¨¢s peque?a jam¨¢s alcanzada, est¨¢ operando sin parar desde marzo de 2010 y miles de f¨ªsicos llevan meses analizando los datos de los experimentos con total dedicaci¨®n e intensidad. ?Han descubierto ya algo realmente importante? "La f¨ªsica de part¨ªculas exige paciencia porque los procesos nuevos son poco corrientes y, para encontrarlos, hace falta tomar muchos datos", responde Rolf Heuer, director del Laboratorio Europeo de F¨ªsica de Part¨ªculas (CERN), junto a Ginebra.

Los experimentos han empezado ya a explorar territorio ignoto

"La f¨ªsica de part¨ªculas exige paciencia", dice el director del CERN

Hay resultados, "pero es prematuro abrir el champ¨¢n", dice un experto

El LHC est¨¢ funcionando ahora solo a la mitad de su energ¨ªa prevista

Indicios, rumores de buenos resultados y expectativas, adem¨¢s de mucho entusiasmo y alg¨²n jarro de agua fr¨ªa, se suceden estos meses en torno al LHC, en el CERN y en todo el mundo, dado el alcance internacional del proyecto. Pero de la nueva part¨ªcula elemental, el llamado bos¨®n de Higgs, que ser¨ªa clave en las teor¨ªas del universo subat¨®mico y que tanto se aire¨® en la inauguraci¨®n del acelerador, no hay un rastro definitivo.

"En menos de un a?o y medio, el LHC ha hecho un barrido completo de toda la f¨ªsica de part¨ªculas que conocemos, ha entrado en territorio ignoto y ha empezado a explorarlo", explica Sergio Bertolucci, director cient¨ªfico del CERN. "Los pr¨®ximos meses van a ser cruciales".

La verdad es que este verano se ha creado bastante expectaci¨®n sobre un posible avance significativo que tal vez podr¨ªa desembocar en un hallazgo importante a finales de a?o. Pero los resultados de los experimentos del LHC presentados en una conferencia celebrada a finales de agosto de Bombay (India), han desinflado un poco las esperanzas: al acumular y analizar m¨¢s datos se han desvanecido los indicios que apuntaban hacia la identificaci¨®n de Higgs, la part¨ªcula que ayudar¨ªa a explicar el origen de la masa de las dem¨¢s part¨ªculas, algo que la teor¨ªa actual del microcosmos no logra hacer.

"Creo que para finales de 2012 el LHC ser¨ªa capaz de cerrar la cuesti¨®n acerca de la existencia o no del bos¨®n de Higgs", dice Fabiola Gianotti, l¨ªder de Atlas, uno de los grandes detectores del acelerador. "No sabemos si puede ser antes, depende de la masa de esa part¨ªcula (si es que existe)", a?ade. De hecho, ya se ha avanzado mucho en la cacer¨ªa y se va estrechando el cerco a la hipot¨¦tica presa, ya que se empiezan a descartar valores de la masa en los que seguramente no est¨¢.

"Es emocionante ver a miles de investigadores trabajando juntos con ¨²nico objetivo, literalmente desvelar algunos secretos del universo", comenta Heuer a EL PA?S, acerca del ambiente que ahora se vice en el CERN. "Estos cient¨ªficos compiten de manera muy constructiva y colaborando al mismo tiempo".

Conviene repasar c¨®mo funciona el LHC -que cost¨® alrededor de 3.000 millones de euros- y qu¨¦ experimentos se hacen para descubrir las nuevas part¨ªculas. Si un ¨¢tomo se entiende vulgarmente como el no va m¨¢s de la peque?ez, hay que tener en cuenta que la f¨ªsica de part¨ªcula se mueve a escala mucho menor. Si un ¨¢tomo tuviera el tama?o de una catedral (su corteza exterior de electrones), el n¨²cleo at¨®mico ser¨ªa una mosca volando dentro, recuerda una habitual comparaci¨®n de escala que hacen los cient¨ªficos. Y los f¨ªsicos del CERN (y de otros laboratorios en diferentes pa¨ªses) est¨¢n mirando no dentro del n¨²cleo/mosca, sino dentro del mismo, en decir sus constituyentes fundamentales.

El LHC acelera hasta casi la velocidad de la luz protones, es decir, ¨¢tomos de hidr¨®geno a los que se han arrancado los electrones. Billones de esas part¨ªculas -aceleradas y obligadas a viajar en haces fin¨ªsimos por el tubo de alto vac¨ªo de 27 kil¨®metros de acelerador- se hacen chocar en el centro de los gigantescos detectores que registran las consecuencias de las colisiones, es decir, las nuevas part¨ªculas que se crean.

"Hoy en d¨ªa, para ver un mero en el Mediterr¨¢neo, hay que bucear bastante profundo, y para ver un mero de mayor peso, m¨¢s profundo a¨²n", dice el f¨ªsico te¨®rico ?lvaro de R¨²jula. "Algo parecido pasa si uno busca part¨ªculas elementales de masa m¨¢s y m¨¢s elevada: para crearlas en colisiones de otras part¨ªculas, como protones, son necesarios aceleradores (de protones) de mayor y mayor energ¨ªa. En el caso de las part¨ªculas -no de los meros- se trata de la ley natural y bien conocida E= mc2 [la archifamosa ecuaci¨®n de Einstein que relaciona masa y energ¨ªa]. La energ¨ªa de una colisi¨®n frontal de protones puede transmutarse en la masa de part¨ªculas creadas en ella y cuanto mayor es la energ¨ªa de las colisiones, mayor es el rango de masas de part¨ªculas hipot¨¦ticas que uno puede explorar, cre¨¢ndolas y detect¨¢ndolas".

En el LHC se producen millones de esas colisiones en las que se crean part¨ªculas, y muchas de ellas se desintegran casi inmediatamente formando otras. Por sus trayectorias y propiedades registradas en los detectores, los f¨ªsicos las identifican y pueden deducir qu¨¦ leyes las rigen. Pero la mayor¨ªa son terreno muy trillado ya, nada nuevo, y solo muy excepcionalmente puede surgir una nueva part¨ªcula, por lo que los expertos necesitan cantidades ingentes de datos para cazar algo y, m¨¢s a¨²n, para estar seguros de lo que han cazado. De ah¨ª que a casi nadie extra?e la tardanza en surgir los descubrimientos en el LHC. "Las part¨ªculas que est¨¢n ahora en lo alto de la lista de las m¨¢s buscadas son las de Higgs y las llamadas supersim¨¦tricas", contin¨²a De R¨²jula. "El papel de Higgs es generar la masa de todas las dem¨¢s part¨ªculas que tienen masa".

El Higgs es un mecanismo complicado de explicar para profanos, pero los f¨ªsicos hacen intentos -algunos eficaces- para hacerse entender. Uno de esos intentos lo recoge el tambi¨¦n f¨ªsico te¨®rico del CERN, Gian Francesco Giudice, en su libro A Zeptospace Odyssey. La idea es que existe algo por ahora desconocido que se llama campo de Higgs y que las part¨ªculas que tienen masa la adquieren precisamente al interaccionar con ese algo. Giudice recurre al s¨ªmil del agua en la que nadan delfines y se ba?an hipop¨®tamos: para las part¨ªculas que no tienen masa, como el fot¨®n, el agua es totalmente transparente, como si no existiera; las que tienen masa, pero poca, se deslizan f¨¢cilmente sin apenas interactuar con el l¨ªquido, como los defines; y las m¨¢s masivas, como los hipop¨®tamos, se mueven sumergidos con con dificultad. "La masa de una part¨ªcula elemental es una medida de la fuerza de su interacci¨®n con el campo de Higgs", se?ala Guidice. Y el campo de Higgs se expresa, en determinadas condiciones, como una part¨ªcula nueva, el famoso bos¨®n. ?Por qu¨¦ podr¨ªa surgir precisamente en el LHC?

"La teor¨ªa que predice la existencia del Higgs (el modelo est¨¢ndar) deja de ser autoconsistente si su masa es superior a un cierto valor m¨¢ximo, y los protones que el LHC acelera y hace colisionar tienen energ¨ªa m¨¢s que suficiente para producir part¨ªculas de Higgs incluso si tienen la masa m¨¢xima. Por eso, si el LHC no lo encuentra es que la hip¨®tesis de su existencia es falsa", explica De R¨²jula.

Los dos grandes experimentos del LHC, el Atlas y el CMS, podr¨ªan tener ya alg¨²n indicio. Pero "es demasiado prematuro abrir el champ¨¢n porque puede tratarse de fluctuaciones de los datos, aunque el ritmo al que el LHC y los experimentos est¨¢n aumentando sus datos, permitir¨¢ extraer conclusiones firmes pronto", comenta Bertolucci.

"Como ya hemos excluido en los experimentos una regi¨®n extensa de posible masa del Higgs, ahora podemos concentrar nuestros esfuerzos en las regiones de masa donde estamos viendo intrigantes fluctuaciones", a?ade Guido Tonelli, l¨ªder de CMS, advirtiendo de que esas se?ales todav¨ªa podr¨ªan ser algo as¨ª como ruido de fondo del experimento.

Adem¨¢s del Higgs, muchas esperanzas se han puesto en las part¨ªculas supersim¨¦tricas (o SUSY), predichas por nuevas teor¨ªas que engloban el modelo est¨¢ndar, llev¨¢ndolo mucho m¨¢s lejos, pero a¨²n pendientes de resultados experimentales que indiquen si son reales o meras especulaciones. Incluso algunos pensaban que las SUSY podr¨ªan aparecer pronto en el LHC, pero, por ahora no hay ni rastro de ellas. "Hay gente que se ha deprimido porque se est¨¢n excluyendo las SUSY, pero deber¨ªa ser todo lo contrario: estamos confirmando que la naturaleza es mucho m¨¢s sutil que las cosas obvias", dice Maria Spiropulu, f¨ªsica de Caltech (EE UU) y del CERN.

"El papel de las part¨ªculas supersim¨¦tricas no es f¨¢cil de explicar", apunta De R¨²jula. "Digamos que su existencia contribuir¨ªa a la elegancia de las leyes de la naturaleza (que siempre la tienen, qui¨¦n sabe por qu¨¦). Pero para estas part¨ªculas no existe un intervalo estricto de masas en el que necesariamente tengan que existir [a diferencia del caso de Higgs]. Asi que si el LHC no las encuentra, caben dos posibilidades: que no existan... o que necesitemos para descubrirlas un colisionador de mayor energ¨ªa que el LHC".

"Las predicciones de un pr¨®ximo descubrimiento de las SUSY en los datos del LHC se basaban en modelos muy simples y los estudios hasta ahora han excluido algunos de esos modelos", apunta Tonelli. "Pero el trabajo sigue y hay mucho espacio para sorpresas". Su colega Gianotti tambi¨¦n deja la puerta abierta: "No hay que olvidar que el LHC alcanzar¨¢ su potencia completa de descubrimiento cuando alcance la energ¨ªa de 14 TeV [el doble de la actual, prevista para 2014] y hayamos registrado cien veces m¨¢s datos que los que tenemos ahora".

Por supuesto, lo que todos los f¨ªsicos esperan con aut¨¦ntico inter¨¦s es lo imprevisto, que puede ser el mayor descubrimiento.