El LHC se adentra en el universo desconocido
El mayor acelerador de part¨ªculas del mundo vuelve a funcionar al doble de potencia para cruzar una nueva frontera de la f¨ªsica
Hace unos d¨ªas, cerca de Cessy (Francia), una mujer paseaba con su perro ajena a lo que se coc¨ªa bajo sus pies. Era un entorno id¨ªlico. Campos verdes con nieve en las umbr¨ªas, granjas de vacas y los Alpes recortados en el horizonte. Mientras, a 100 metros bajo tierra, cientos de operarios, ingenieros y f¨ªsicos hac¨ªan los ¨²ltimos ajustes para encender la mayor m¨¢quina del mundo, capaz de reproducir lo que pas¨® en el universo poco despu¨¦s del Big Bang.
El Gran Colisionador de Hadrones, o LHC, en la frontera entre Francia y Suiza, volver¨¢ a funcionar a finales de mes, probablemente el 23 de marzo. Los f¨ªsicos llaman a estas puestas en marcha runs (carreras en ingl¨¦s). En la primera ya se consigui¨® todo un r¨¦cord mundial con el descubrimiento del bos¨®n de Higgs. Lo que depara esta segunda, que durar¨¢ hasta 2018, no lo sabe nadie. Tras dos a?os de reparaci¨®n y acondicionamiento el acelerador va a funcionar al doble de potencia y cruzar¨¢ una frontera de la f¨ªsica nunca antes traspasada. Al otro lado puede haber part¨ªculas desconocidas cuyo descubrimiento convertir¨ªa al c¨¦lebre bos¨®n en un polvoriento trofeo de ni?ez.
Una hilera de 47 botellas vac¨ªas de champ¨¢n, whisky y vodka recuerdan la fiesta del descubrimiento del bos¨®n
Reyes Alemany es piloto del LHC. Esta f¨ªsica de part¨ªculas espa?ola trabaja en el centro de control del acelerador, en la parte francesa del laboratorio europeo de f¨ªsica de part¨ªculas CERN. Es una gran sala di¨¢fana dividida de cuatro islas de ordenadores y monitores que supervisan los cuatro grandes aceleradores de la instalaci¨®n. Desde aqu¨ª se controla cu¨¢ndo y cu¨¢ntos protones legan al anillo de 27 kil¨®metros del LHC y cu¨¢ndo los dos hacesopuestos comenzar¨¢n a chocar produciendo nuevas part¨ªculas. En la isla de control del LHC, bajo las pantallas, una hilera de 47 botellas vac¨ªas de champ¨¢n, whisky y vodka recuerdan la fiesta del descubrimiento del bos¨®n.
Pisar el acelerador del LHC es una inmensa responsabilidad. ¡°Ser¨ªa imposible carg¨¢rselo apretando el bot¨®n equivocado, pero si no lo operas correctamente est¨¢s perdiendo nuevos higgs o peor, part¨ªculas desconocidas que podr¨ªan no aparecer m¨¢s¡±, explica.
En 20 minutos, el CERN acelera protones hasta rozar la velocidad de la luz. Si los astronautas pudieran hacer lo mismo conocer¨ªan otros planetas habitables y posiblemente viajar¨ªan en el tiempo. Al chocar, los protones se desintegran dejando al descubierto quarks, leptones y el resto de part¨ªculas elementales. El bos¨®n de Higgs era la ¨²ltima que faltaba para describir toda la materia. Dicho as¨ª parece un logro descomunal, pero esa materia, la que compone cada ¨¢tomo del universo conocido, ya sea en la Tierra o en la estrella m¨¢s lejana, supone solo el 5% del cosmos. El 95% restante est¨¢ hecho de materia oscura y energ¨ªa oscura, los dos grandes misterios del universo.
El LHC tiene tres grandes retos en esta segunda carrera. Uno es descubrir la supersimetr¨ªa, que ser¨ªa como ¡°entrar en una nueva dimensi¨®n¡±, como dice Mar¨ªa Chamizo, f¨ªsica del CMS, uno de los dos experimentos grandes del LHC. Un ascensor presurizado ¡ªprevio paso por la cabina de reconocimiento de retina¡ª lleva a la instalaci¨®n. A 100 metros bajo tierra, metido en su caverna, el CMS es como un tambor de lavadora de cinco pisos de alto y 14.000 toneladas. En su centro chocan los protones y sus sensores captan las nuevas part¨ªculas.
La supersimetr¨ªa, o SUSY, supone que cada part¨ªcula elemental conocida tiene una hermana supersim¨¦trica desconocida. A cada higgs corresponder¨ªa un higgsino, a cada neutrino su neutralino, etc. La interacci¨®n entre esas hermanas podr¨ªa ser responsables de fen¨®menos que se observan en el universo y para los que no hay explicaci¨®n. Por ejemplo, entre todas esas part¨ªculas supersim¨¦tricas estar¨ªan las que componen la materia oscura, el segundo gran objetivo del LHC. Esta cara oculta de la materia forma el 25% del universo. Nunca se ha observado, pero los astr¨®nomos y cosm¨®logos creen que esta sustancia sustenta a las galaxias y los c¨²mulos de galaxias.
La posibilidad de encontrar ahora esas nuevas part¨ªculas no es ¡°terriblemente convincente¡±, opina Frederic Teubert, f¨ªsico del experimento LHCb, pero eso no quiere decir nada. ¡°La ventaja que tenemos los f¨ªsicos experimentales es que da igual lo que creas probable o razonable, nada sustituye a la evidencia experimental y por eso estoy impaciente por descubrir qu¨¦ nos depara la naturaleza a estas energ¨ªas que son ¡®terra incognita¡±, reconoce. Las primeras colisiones estables de protones se esperan en los experimentos para el 18 de mayo y con ellas, posiblemente, la f¨ªsica desconocida.
El? CERN recibe ataques inform¨¢ticos "todos los d¨ªas", dice una de sus responsables
El tercer reto del LHC es m¨¢s asequible: medir al detalle el bos¨®n de Higgs. En estos dos a?os la m¨¢quina ha estudiado ¡°unos 1.000 bosones¡±, pocos para conocerlo a fondo, explica Chamizo. En esta segunda ronda se planea obtener al menos el doble de datos que en la anterior ¡°Esta vez el higgs dejar¨¢ de ser la estrella, pero a¨²n nos queda mucho por medir, entre otras cosas su anchura exacta¡±, explica Jos¨¦ Enrique Garc¨ªa, f¨ªsico del otro experimento grande del LHC, el ATLAS.
Un detector como CMS hace 40 millones de?fotos cada segundo. A eso hay que sumarle las de los otros dos experimentos que hay dentro del anillo de 27 kil¨®metros del LHC. S¨®lo una parte de los datos se acaban almacenando, pero a¨²n as¨ª hace falta un gran cerebro inform¨¢tico para procesar y almacenar todo.
El cementerio de protones
Una bofetada de calor recibe al visitante en el Centro de C¨¢lculo del CERN, situado en la parte suiza. Decenas de miles de ordenadores se agrupan en columnas y pasillos. Su zumbido obliga a gritar. ¡°No hay nada igual en ninguna otra parte del mundo¡±, explica Maite Barroso, una de las jefas del centro. La capacidad de computaci¨®n se ha duplicado para esta nueva ronda. En total hay 11.000 servidores y el equivalente a 100.000 ordenadores personales funcionando sin descanso.
En na novela superventas de Dan Brown ?ngeles y demonios, una secta se cuela en el CERN para intentar destruir el Vaticano con antimateria. En el mundo real, el bot¨ªn est¨¢ aqu¨ª. ¡°Recibimos ataques inform¨¢ticos todos los d¨ªas, no solo por la capacidad de computaci¨®n, tambi¨¦n por la visibilidad que dar¨ªa poder secuestrar los servidores del CERN¡±, confiesa esta ingeniera de telecomunicaciones. Por ahora, dice, nadie lo ha conseguido. ¡°Como mucho se cuelan por un agujero del Linux, igual afectan a 20 m¨¢quinas pero enseguida se detecta y se a¨ªsla el problema¡±, detalla.
La primera vez que se encendi¨® el LHC, en 2008, hubo un accidente y la enorme energ¨ªa generada fundi¨® parte de sus imanes superconductores. Aunque muchas de las personas que estos d¨ªas trabajan en la puesta a punto de la m¨¢quina mencionan el incidente con preocupaci¨®n, Jos¨¦ Miguel Jim¨¦nez, jefe de tecnolog¨ªa del CERN, se muestra seguro de que todo saldr¨¢ bien. Su trabajo actual se centra en dise?ar los nuevos cables superconductores y los imanes que permitir¨¢n duplicar el n¨²mero de colisiones en 2019. ¡°El LHC es una m¨¢quina que permite muchos descubrimientos, pero es casi el pasado¡±, reconoce Jim¨¦nez. ¡°Mientras, aqu¨ª estamos preparando ya el futuro¡±, a?ade.
La vida de un prot¨®n en el CERN es ef¨ªmera. Como mucho dar¨¢ vueltas al anillo durante un ciclo completo de 14 horas. Si para entonces no se ha desintegrado, ser¨¢ desviado contra un tubo de grafito, aluminio y cemento de unos siete metros: el cementerio de los protones del CERN. La energ¨ªa el¨¦ctrica usada durante el ciclo vuelve a la red el¨¦ctrica francesa y suiza y posiblemente encienda la casa de esa se?ora que pasea con su perro por Cessy. Unas tres horas despu¨¦s, los pilotos del LHC inyectar¨¢n otra tanda de protones en la mayor m¨¢quina del mundo.
Muchas preguntas por responder
El descubrimiento del bos¨®n de Higgs ha confirmado la existencia de un nuevo campo de fuerzas, de naturaleza distinta a los cuatro que ya conoc¨ªamos (electromagn¨¦tico, fuerte o nuclear, d¨¦bil y gravitatorio). El ¡°campo de Higgs¡± impregna todo el espacio-tiempo, frenando el movimiento de las part¨ªculas que interact¨²an con ¨¦l y generando as¨ª su masa. Las vibraciones de este campo son los bosones de Higgs.
El Higgs puede aportar respuestas a varios de los enigmas m¨¢s candentes de la f¨ªsica. Los constituyentes elementales de la materia est¨¢n replicados tres veces, y estas r¨¦plicas solo se diferencian entre s¨ª por su masa, es decir, por su interacci¨®n con el campo de Higgs. Aunque ignoramos las razones de esta repetici¨®n, creemos que est¨¢ relacionada con la sorprendente ausencia de antimateria en el Universo observable. Otro misterio por resolver es la naturaleza de la ¡°materia oscura¡±, de la cual tenemos muchas evidencias astrof¨ªsicas. La materia conocida solo representa el 5% de la masa del Universo, mientras que un 21% parece corresponder a una sustancia distinta que no emite luz (el resto es ¡°energ¨ªa oscura¡±, algo mucho m¨¢s misterioso y desconocido). Si la energ¨ªa disponible es suficiente, el LHC podr¨ªa producir materia oscura y permitirnos estudiar sus propiedades. Al tener masa, es posible que esta sustancia desconocida interaccione con el campo de Higgs, que actuar¨ªa como un portal al ¡°mundo oscuro¡±.
La propia existencia del Higgs plantea nuevas preguntas. ?Es ¨²nico o hemos descubierto el primer miembro de una clase diferente de part¨ªculas? Muchos modelos introducen campos adicionales. Por ejemplo, las teor¨ªas supersim¨¦tricas predicen que las part¨ªculas elementales conocidas (incluyendo el Higgs) tienen parejas con distinto esp¨ªn. El LHC puede confirmar o refutar su existencia. Otra posibilidad es que el bos¨®n de Higgs est¨¦ compuesto por constituyentes todav¨ªa no descubiertos; un nivel de subestructura adicional que dar¨ªa lugar a nuevas formas de materia.
El LHC empieza una emocionante investigaci¨®n a energ¨ªas nunca antes exploradas. Cruzaremos las fronteras actuales del conocimiento, en busca de respuestas a problemas a¨²n no resueltos. Es probable que encontremos fen¨®menos inesperados, cuya naturaleza no alcanzamos a sospechar.
Antonio Pich catedr¨¢tico de F¨ªsica Te¨®rica del IFIC y coordinador del Centro Nacional de F¨ªsica de Part¨ªculas, Astropart¨ªculas y Nuclear (CPAN)
Tu suscripci¨®n se est¨¢ usando en otro dispositivo
?Quieres a?adir otro usuario a tu suscripci¨®n?
Si contin¨²as leyendo en este dispositivo, no se podr¨¢ leer en el otro.
FlechaTu suscripci¨®n se est¨¢ usando en otro dispositivo y solo puedes acceder a EL PA?S desde un dispositivo a la vez.
Si quieres compartir tu cuenta, cambia tu suscripci¨®n a la modalidad Premium, as¨ª podr¨¢s a?adir otro usuario. Cada uno acceder¨¢ con su propia cuenta de email, lo que os permitir¨¢ personalizar vuestra experiencia en EL PA?S.
En el caso de no saber qui¨¦n est¨¢ usando tu cuenta, te recomendamos cambiar tu contrase?a aqu¨ª.
Si decides continuar compartiendo tu cuenta, este mensaje se mostrar¨¢ en tu dispositivo y en el de la otra persona que est¨¢ usando tu cuenta de forma indefinida, afectando a tu experiencia de lectura. Puedes consultar aqu¨ª los t¨¦rminos y condiciones de la suscripci¨®n digital.
Sobre la firma
