El gran colisionador de hadrones

Con lo que hagamos en este gigantesco instrumento podríamos explicarnos qué origen tuvo el Universo. Artículo originalmente publicado en agosto 2007.

Si en anteriores artículos nos hemos ido hasta el enorme y lejano asteroide Apophis o, más allá aún, a los posibles planetas que están fuera de nuestro sistema solar, ahora nos acercaremos a lo que está aquí, en la Tierra, en nuestra propia Europa, en algo de mucho menor tamaño aunque de notable importancia: el acelerador de partículas más grande del mundo.

Ya había leído algo sobre todo esto, pero agradezco la mención que recibí en mi última entrega pues ello me ha ayudado a conocer más sobre este interesante tema. El empujón decisivo me lo dio un compañero y a él le debo la originalidad del artículo. Sí, va por ti, jangil. A ver cómo nos queda.

La Organización Europea para la Investigación Nuclear (CERN) ha hecho muchos descubrimientos formidables desde su formación hace ya medio siglo. En 1984 el físico italiano Carlo Rubbia, anterior director de esta organización, descubrió los portadores de la fuerza débil y ganó por ello el premio Nobel. También el CERN fue responsable del nacimiento en el año 1990 de la World Wide Web, diseñada para permitir a sus científicos el tener acceso a los datos desde cualquier sitio. Todos estos logros podrían ser eclipsados con lo que nos diga este acelerador de partículas (que para que os hagáis una idea es un túnel de 27 km de circunferencia) que viene a reemplazar al anterior, el Gran Colisionador de Electrones y Positrones (GCEP), que era la mayor obra de ingeniería civil europea hasta que se construyó el túnel que une a Inglaterra con el continente. El nuevo se está ensamblando en las afueras de Ginebra en colaboración con más de doscientos físicos de treinta y cuatro países.

Desde luego no es para que el proyecto lo lleve un grupito de amigos. La construcción del acelerador fue aprobada con un presupuesto de unos 1.700 millones de euros más 140 destinados a experimentos. Pero este coste fue superado en 300 millones tras la revisión de 2001, y de paso 30 más para los experimentos. Finalmente, se han destinado otros 120 pues todavía persisten problemas técnicos en la construcción del último tramo de túnel.

Así que las preguntas más fundamentales del Universo pueden tener respuesta en el cercano 2008, mientras que nosotros estamos aquí tan tranquilos. Porque desde Isaac Newton, los científicos saben que la gravedad actúa sobre la masa. Bueno, realmente no es así, ya Einstein nos puso en el camino correcto para decirnos que la gravedad no existe... ni siquiera Newton creía en ella, pero esto es harina de otro costal. El caso es que aún no saben es de dónde obtienen la masa las partículas. Eso hasta ahora. Pero antes de seguir, supongo que os estaréis preguntando qué narices es un acelerador de partículas. Vamos a ello.

Al contrario de la creencia popular, los aceleradores de partículas son aparatos que no sólo están en laboratorios sofisticados sino que también se encuentran en la vida cotidiana, aunque sean aceleradores de bajas energías. Un acelerador puede ser el tubo de rayos catódicos de un televisor o del monitor de un ordenador o puede ser el aparato de rayos X que usa el dentista, pues un acelerador aceleradores de partículas es un instrumento que, como cabe esperar, acelera partículas (pero aquellas cargadas eléctricamente) mediante campos electromagnéticos hasta hacerlas alcanzar velocidades (y por tanto energías) muy altas, en algunos casos cercanas a la de la luz.

Todos los aceleradores se rigen por las ecuaciones básicas del electromagnetismo desarrolladas por Maxwell. Sin embargo, existe una ecuación muy sencilla que sirve para definir las fuerzas que actúan en cada acelerador: la ecuación de Lorentz, que se traduce en que la partícula recibe una aceleración proporcional a su carga e inversamente proporcional a su masa.

El acelerador del que hablamos recibe el nombre de Gran Colisionador de Hadrones (LHC). En la actualidad está en fase de construcción pero estará plenamente operativo a principios del año 2008. Se espera que cuando su circuito esté completado llegue a ser el laboratorio de física de partículas más grande del mundo. ¿Veis por dónde van? Claro, es que la principal meta de su diseño es encontrar la evasiva partícula conocida como el bosón de Higgs (también llamada “la partícula divina”), cuya observación podría explicar cómo el resto de partículas elementales ganan la masa que explica la Relatividad Especial.

Ya hay planificados cinco experimentos. Dos de ellos, ATLAS y CMS, son grandes detectores de partículas mientras que los otros tres, LHDCb, ALICE y TOTEM, son más pequeños y especializados, pero todos ellos darán respuesta a preguntas tan complejas cómo qué es la masa, cuántas son las partículas totales del átomo, por qué las partículas elementales tienen diferentes masas o qué es la materia oscura que abunda en el Universo (materia que, por otra parte, nunca hemos visto), aparte de la ya mencionada sobre si existe el bosón de Higgs.

El más espectacular de los resultados está por llegar. A partir del 2007, el acelerador comenzará a disparar partículas a velocidades cercanas a la de la luz, para luego hacerlas chocar y unirlas a fin de recrear las condiciones que según piensan los científicos existían a menos de una mil millonésima del segundo después del “Big Bang” (ese gran estallido que, según los científicos, fue el origen del Universo hace unos 14.000 millones de años). Las temperaturas creadas en estas colisiones serán alrededor de mil millones de veces más grandes que la que hay en el centro del Sol.

En definitiva, nos dicen que con el LHC se podrán reproducir las condiciones del Universo cuando tenía menos de una billonésima de segundo de vida. Semejante empresa es potencialmente peligrosa. Mientras esté encendido, la energía total almacenada en los imanes del LHC será de 10 gigajulios y en el haz de 725 megajulios. Esto es suficiente para iniciar un “quench”, un fenómeno cuántico en el que toda la energía se disipa en un punto, lo que equivale a una explosión. Pero es que pudiera no tratarse de un simple boom: ya han sonado voces alarmistas sobre la posibilidad de que el LHC pudiera activar mecanismos que, teóricamente, destruyesen la Tierra o, desde mi punto de vista, en un ataque de pánico se ha dicho que el Universo.

¿Y con qué podría pasar eso? Con la creación de un agujero negro, ya que las partículas que pueden acelerar los aceleradores se generan, en su forma más sencilla, usando el propio movimiento que se genera al calentar un material. Si en esa placa que calienta efectuamos un pequeño agujero, conseguiremos extraer electrones. ¿Pero no saben estos científicos que se sospecha que en nuestra misma galaxia (no hay que irse más lejos) hay un agujero negro? En cualquier caso, el CERN ha desarrollado estudios concluyendo que “no se encuentran bases fundadas que conduzcan a estas amenazas” y si se produjeran agujeros negros se espera que se evaporen instantáneamente mediante la radiación de Hawking, y quiero que mencionar que esta radiación aún es algo puramente teórico, pero la totalidad del mundo científico cree que la teoría de Stephen Hawking es correcta, así que arriando que es gerundio.

Con todo eso, ya en el 2005 murió un técnico cuando accidentalmente le cayó una carga, y dos años después un error en el diseño de los imanes provocó una explosión... No os llevéis las manos a la cabeza, dicen que cuando abrió Disneyland no funcionaba nada. Desde el 2001 se están haciendo algunos experimentos preliminares y ninguno ha dado problemas.

Además, no todo van a ser sustos. El trabajo de la organización en aceleradores de partículas ha tenido también aplicaciones médicas, entre ellas una forma de diagnosis que puede acelerar la detección de tipos de cáncer. En el futuro, podrían facilitarnos escalpelos láser para cirugía de precisión, de hecho el láser ya es utilizado en cirugía para la eliminación de tejidos dañados. Y también en materia de protección medioambiental podrían tener un papel importante al dividir los residuos nucleares de larga duración y transformarlos en material inocuo o al recoger los residuos tóxicos de las factorías y convertirlos en productos útiles como por ejemplo fertilizantes.

Pero quizás la aplicación más significativa sea el de la generación de energía limpia, segura y casi inagotable. El plan, ideado por Carlo Rubbia en 1993 con fondos de la Unión Europea, es combinar un acelerador de partículas con un reactor nuclear de tal modo que el combustible del reactor sería torio, más fácil de extraer y tres veces más abundante que el uranio que ahora se usa al tiempo que se hace imposible se repita una catástrofe como la de Chernobyl.

Para Gell-Mann, un veto del senado norteamericano respecto a la construcción de un acelerador era un atentado a la civilización, a mí personalmente no me parece algo tan catastrófico. La humanidad no tiene una única vertiente de progreso y el fabricar una máquina que intente recrear, aunque sea parcialmente, el momento en el que tuvo lugar la explosión más poderosa del universo ya es de por sí algo peligroso, por muchos estudios y medidas de seguridad que se tomen. No creo que se deba experimentar sobre lo desconocido ni tomar como medidas tranquilizadoras hipótesis que aún no se han contrastado.

No obstante, tampoco hay que preocuparse mucho. Al final, como tantas otras veces, quizás se den en la nariz con todas las prisas por llegar donde nadie ha llegado antes... quizá porque la naturaleza siempre pone a cada uno en su sitio. Realmente el nuevo acelerador de partículas no difiere mucho de sus anteriores “hermanos”, aunque se haya multiplicado su potencia considerablemente. De si es necesario o no, ya esto lo dejo a criterio de cada uno. También se estarán haciendo bombas atómicas por ahí, y seguro que intentan esparcir algún virus letal. Amenazas no nos faltan. Y que el hombre no se dé tanta importancia que, a unas malas, nos queda el Apophis.