Preparando ya otro gran acelerador

Aunque el gran acelerador de part¨ªculas LHC, que ha logrado ya el gran ¨¦xito del descubrimiento del bos¨®n de Higgs, tiene a¨²n mucho recorrido por delante, incluso duplicando la energ¨ªa de sus colisiones dentro de un par de a?os, los f¨ªsicos e ingenieros planean ya el siguiente paso que tienen que dar, es decir, la gran m¨¢quina cient¨ªfica con la que seguir profundizando en la exploraci¨®n de la naturaleza aun cuando hayan exprimido casi todo su jugo al LHC. Hoy se presenta a escala mundial el que debe ser el futuro gran acelerador de part¨ªculas, el ILC (siglas en ingl¨¦s de Colisionador Lineal Internacional), y sus detectores. Ser¨¢ una m¨¢quina lineal, en lugar de circular, medir¨¢ 35 kil¨®metros y Jap¨®n quiere alojarla.

Este a?o puede se?alarse, en la jerga cient¨ªfica, como el a?o del bos¨®n de Higgs. El descubrimiento realizado por los experimentos CMS y ATLAS, del LHC, a mediados de 2012 y corroborado por los an¨¢lisis subsiguientes, han propiciado un protagonismo magn¨ªfico de la part¨ªcula y de sus proponentes te¨®ricos y descubridores experimentales. No es para menos, tras m¨¢s de 50 a?os de b¨²squeda y de grandes inversiones de capital humano y tecnol¨®gico, de buenas colaboraciones internacionales y transferencia de conocimiento y tecnolog¨ªa a la sociedad de gran importancia, revolucionaria.

El LHC fue propuesto hace tres d¨¦cadas y su dise?o y construcci¨®n ha requerido m¨¢s de 20 a?os de esfuerzo colectivo que solo una organizaci¨®n internacional, como el CERN (Laboratorio Europeo de F¨ªsica de Part¨ªculas) pod¨ªa plantearse. Dos a?os de funcionamiento han mostrado su enorme capacidad, culminada con el descubrimiento de un bos¨®n de Higgs. Pero a¨²n le queda mucho por observar y entender de la estructura ¨ªntima de la materia y de sus fuerzas fundamentales. Se espera que siga funcionando una veintena de a?os m¨¢s y, si la naturaleza lo permite, otros hallazgos vendr¨¢n que nos ayudar¨¢n a conocer la parte del universo que llamamos materia oscura. En todo caso, es seguro que el LHC va a permitir un conocimiento mucho m¨¢s profundo de la materia ordinaria y, particularmente, de este bos¨®n de Higgs que hemos descubierto.

La nueva m¨¢quina permitir¨¢ profundizar en el bos¨®n de Higgs

La historia del LHC sigue una pauta similar a la de otros grandes aceleradores previos, como el LEP del CERN, o el Tevatron de Fermilab, en Chicago. Es decir, muchos a?os de dise?o y de I+D de nuevas tecnolog¨ªas, hasta su construcci¨®n, y muchos a?os de explotaci¨®n. Suele decirse que los aceleradores de protones (y antiprotones) como el LHC o el Tevatron son id¨®neos para el descubrimiento de nuevas part¨ªculas elementales, mientras los de electrones y positrones (antielectrones) producen medidas muy precisas de las propiedades de las part¨ªculas. Si bien no es del todo cierto, si hay cierta l¨®gica en dicha afirmaci¨®n; lo que s¨ª es muy razonable, y as¨ª se entiende en la estrategia de los investigadores, es el excelente complemento entre ambos tipos de aceleradores.

No es de extra?ar, por tanto, que la comunidad cient¨ªfica internacional est¨¦ preparando un nuevo colisionador de electrones y positrones para un futuro cercano, que complemente al LHC y abra nuevas expectativas en el conocimiento de nuestro universo.

El ILC es un proyecto de car¨¢cter mundial con participaci¨®n de Europa, Asia y Am¨¦rica que comenz¨® a desarrollarse hace m¨¢s de 10 a?os y cuyo proyecto t¨¦cnico se presenta hoy, desde los grandes laboratorios mundiales de KEK (Tokio), CERN (Ginebra) y Fermilab (Chicago). La presentaci¨®n incluye tanto la m¨¢quina (un acelerador lineal de electrones y positrones de 35 kil¨®metros de longitud) como los dos grandes detectores, ILD y SID, que proponen t¨¦cnicas complementarias para aumentar la eficacia de las medidas y reforzar los resultados.

El de hoy va a ser un acontecimiento extraordinario que durar¨¢ las 24 horas del d¨ªa, en el que destacados expertos te¨®ricos y experimentales mostrar¨¢n al mundo los grandes avances realizados y la importancia de tener un nuevo colisionador lineal de estas caracter¨ªsticas. En Europa, la transmisi¨®n se realizar¨¢ desde el CERN, que ha establecido, en su estrategia cient¨ªfica futura, la prioridad en la participaci¨®n en megaproyectos como este.

El ILC utiliza la t¨¦cnica de aceleraci¨®n de cavidades superconductoras; consiste en dos sistemas de 8.000 cavidades que acelerar¨¢n unos 10.000 millones de electrones y positrones hasta energ¨ªas de choque que van desde dos veces la masa del bos¨®n de Higgs observado en LHC, hasta un factor dos, en una primera fase, y hasta cuatro, en una segunda fase. Los haces, extremadamente compactos, colisionar¨¢n 14.000 veces por segundo.

El gran acelerador LHC tiene a¨²n 20 a?os de vida por delante

La precisi¨®n de las medidas esperadas en las colisiones de electrones y positrones del ILC ser¨¢ tan alta que podr¨¢n estudiarse propiedades fundamentales, en particular del bos¨®n de Higgs, mucho mejor que ning¨²n otro acelerador actual puede hacerlo. Sus medidas, complementadas con las del LHC, permitir¨¢n resolver, sin lugar a dudas, si el bos¨®n de Higgs observado es el del modelo est¨¢ndar o una extensi¨®n del mismo. Tambi¨¦n permitir¨¢ hacer medidas extraordinariamente precisas de la masa del quark top, entre otros de sus objetivos.

Adem¨¢s, como ya ha ocurrido con otros grandes proyectos en f¨ªsica de altas energ¨ªas, los proyectos de I+D que se est¨¢n realizando en torno al ILC est¨¢n catapultando la innovaci¨®n en ¨¢reas muy diversas, desde la medicina hasta el control de calidad industrial, la computaci¨®n, etc¨¦tera. En los pr¨®ximos meses se espera que aparezcan las propuestas de ubicaci¨®n del ILC. Jap¨®n ha manifestado su inter¨¦s al m¨¢s alto nivel pol¨ªtico y ha realizado estudios de suelo para su ubicaci¨®n, con dos lugares a escoger en su territorio, uno en el Norte y otro en el Sur. La comunidad internacional del ILC consta ya de m¨¢s de 2.000 f¨ªsicos e ingenieros, de 300 instituciones cient¨ªficas de m¨¢s de 20 pa¨ªses de todo el mundo y se ver¨¢ incrementada en el futuro.

En colaboraci¨®n muy cerrada con el ILC hay un proyecto futuro denominado CLIC (Colisionador Lineal Compacto) que permitir¨¢ alcanzar energ¨ªas varias veces superior a las del ILC. Utiliza una t¨¦cnica diferente de aceleraci¨®n y, junto a la m¨¢quina, hay proyectos de detectores equivalentes.

La comunidad espa?ola del ILC lleva casi 10 a?os trabajando en el proyecto y est¨¢ coordinada a trav¨¦s de una red tem¨¢tica. Cubre tanto aspectos de aceleradores como de detectores y se ubica, fundamentalmente, en algunas de las instituciones que participan en el LHC y otras, de Madrid, Valencia, Barcelona, Cantabria, Granada y Zaragoza.

Alberto Ruiz Jimeno es investigador del Instituto de F¨ªsica de Cantabria IFCA (CSIC-Universidad de Cantabria) y coordinador de la Red Tem¨¢tica Espa?ola de Futuros Aceleradores Lineales.