El LHC ayudará a entender el Universo

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Entrevista de Reyes Alemany Fernández, ingeniera a cargo del colisionador de partículas LHC en el CERN (Laboratorio Europeo para la Física de Partículas).

Recrear el Big Bang, la gran explosión que dio origen al Cosmos, es el objetivo del colisionador de hadrones LHC (Large Hadron Collider), que se acaba de activar en Suiza. Tras 20 años de construcción faraónica y dos billones de euros gastados, los científicos del CERN esperan desentrañar algunos de los enigmas de la Humanidad.

El pasado verano, dos haces de ínfimas partículas de materia comenzaron a fluir en direcciones opuestas por el LHC: un túnel de 27 km de diámetro situado a 100 m bajo la frontera franco-suiza. Los protones viajan a una velocidad cercana a la luz, lo que les permite dar 11.000 vueltas por segundo al anillo. Una vez que alcanzan la energía deseada, se les hace chocar entre sí con el fin de provocar la creación de otras partículas, entre ellas algunas nuevas que los científicos esperan descubrir. Una vez en funcionamiento el LHC, los resultados podrían, con el tiempo, contribuir a la evolución y desarrollo de diversas aplicaciones industriales, informáticas, médicas, aeronáuticas o a la protección del medio ambiente.

Tras 20 años de obras, se ha puesto en marcha el LHC. ¿Qué sentimientos le ha producido?
La activación del acelerador con los haces de protones es muy emocionante. Por primera vez en la historia de la Humanidad, un acelerador de estas dimensiones empezará a producir colisiones para que los detectores de partículas −ATLAS, CMS, ALICE y LHCb (situados equidistantes a lo largo del túnel)− hagan descubrimientos fundamentales y permitan dar un paso de gigante en nuestro entendimiento sobre cómo se formó el Universo. Se trata, sin duda alguna, de un punto de inflexión en la historia de la física.

Rosa Alemany explica a un grupo de èriodistas diversos aspectos del LHC

Rosa Alemany explica a un grupo de pèriodistas diversos aspectos del LHC

¿En cuánto tiempo esperáis conseguir algún logro o descubrimiento?
Tanto el acelerador como los detectores son sistemas extremadamente complejos y novedosos. Es la primera vez que se experimenta con algo así, por lo tanto, no será llegar, enchufar y obtener resultados al instante. Llevará algo de tiempo, tal vez unos cuantos meses, efectuar algún descubrimiento.

¿Qué pretenden conseguir con el acelerador de partículas?
El CERN es un laboratorio de investigación en física de partículas donde intentamos comprender el origen del Universo. Después de muchos años de investigación en este campo, nuestro conocimiento acerca del origen del Cosmos es incompleto. Existe una teoría en física llamada modelo estándar de partículas y fuerzas, que explica el Universo tal y como lo entendemos actualmente en cuanto a constituyentes elementales e interacciones entre ellos. Este modelo ha sido corroborado experimentalmente en el CERN y otros laboratorios de partículas del mundo. Sin embargo, hay otras teorías como la de supersimetría o el bosón de Higgs que todavía no están comprobadas experimentalmente.

Proceso de instalción del detector ATLAS

Proceso de instalción del detector ATLAS

¿De qué nos hablan esas hipótesis?
Observaciones de astrofísica y cosmología han deducido que la materia que vemos en el Universo representa sólo un 4% de la que deberíamos ver. ¿Dónde está la materia que falta? Las investigaciones actuales apuntan a que un 23% es materia oscura y un 73% es energía oscura (están ahí pero no las podemos ver o detectar). Por eso resulta clave trasladarse de forma artificial a los instantes tras la explosión que dio origen a toda la materia que conocemos. El LHC nos va a aproximar al Big Bang sólo 10-34 segundos después de que se produjera, cuando las temperaturas eran de 1015 grados centígrados. Entre 10-34 y el instante 0, hay todavía un Universo por descubrir.

También se espera descubrir otra partícula, el bosón de Higgs. ¿Qué es?
El modelo estándar no puede explicar el origen de la masa o por qué unas partículas son muy pesadas y otras no tienen masa. Una posibilidad es el llamado mecanismo de Higgs, que representaría la “viscosidad del Universo”. Si no existiera esa propiedad, todas las partículas viajarían a la velocidad de la luz, lo que implicaría que no tendrían masa, como los fotones. Pero la existencia de esta viscosidad “frena” las partículas, de manera que ya no van a la velocidad de la luz, sino más lentas. Asociada a esta viscosidad hay una partícula llamada el bosón de Higgs. No se ha logrado ver todavía en ningún experimento de física, por lo se espera que el LHC lo produzca y los detectores lo capten. Esta es una de las motivaciones más importantes por las que se construyó el acelerador de partículas en el CERN.

Los entresijos del LHC

Los entresijos del LHC

¿En qué consiste el funcionamiento del acelerador de partículas? ¿Cuánto tiempo seguido puede estar activado?
A lo largo de los meses de funcionamiento, el acelerador producirá colisiones durante aproximadamente diez horas seguidas. Además, el LHC funcionará durante los meses de primavera hasta otoño, y se parará en invierno por dos razones: porque la tarifa eléctrica es más cara en esta estación y estamos sujetos a restricciones de consumo en favor de las ciudades; y porque tanto el acelerador como los detectores necesitan períodos de mantenimiento.

¿Por qué se emplea algo tan gigantesco para estudiar partículas tan diminutas?
Si queremos observar la hoja de un árbol, nuestros ojos nos bastan. Pero si la hoja está atacada por un hongo y, nos gustaría apreciar en detalle las características del mismo, nuestro ojo ya no es suficiente porque no tiene la resolución necesaria. Por eso, necesitamos un microscopio óptico con los aumentos adecuados. Cuando hablamos de colisiones de partículas, estamos tratando con distancias de 10-19 m. Evidentemente, no existe microscopio óptico en el mundo que pueda proporcionarnos estos aumentos. Por eso, usamos estos microscopios tan especiales, como son los aceleradores. El tamaño del acelerador depende de los aumentos que nos hagan falta. De ahí sus enormes dimensiones.

El LHC ocupa un túnel de 27km de diámetro situaldo a 100 m bajo la frontera franco-suiza

El LHC ocupa un túnel de 27km de diámetro situaldo a 100 m bajo la frontera franco-suiza

¿Cómo se estudian los datos de las colisiones?
Los datos recogidos por los detectores se analizan en dos fases. En un principio, se estudian al mismo tiempo que se recogen para hacer un primer filtro y rechazar todo lo que no sea interesante. Todos los sucesos que han pasado el primer filtro se almacenan en unas granjas de computadoras, y pasan un segundo y hasta un tercer filtro o más.

¿De dónde proceden los protones que se introducen en el túnel?
Los protones salen de una simple botella de nitrógeno. El nitrógeno es un átomo que tiene un electrón y un protón. El electrón se arranca del protón y el protón se acelera siendo capturado por un campo magnético y conducido hacia el sistema de inyección del LHC. Una vez allí, los protones permanecerán dando vueltas y colisionando durante horas; así que la cantidad de kilómetros que recorren es inmensa. Dicho de otra manera: los protones que viajan por el túnel al 99,999999% de la velocidad de la luz pasan en un segundo por el mismo punto unas 11.000 veces.

¿Por qué dicen que será el lugar más frío del mundo?
El LHC está compuesto de imanes superconductores. Para que dichos imanes sean superconductores se necesita enfriarlos a -271 ºC, ¡más frío que el espacio exterior! Y se mantendrán a esta temperatura durante meses, por lo que será el frigorífico más grande del planeta.

¿Cuál es su día a día en el LHC?
Como ingeniera a cargo del LHC, mi trabajo se divide en dos partes fundamentales. La primera es asegurar la correcta operación del acelerador durante mi guardia: hay tres guardias al día (7.00-15.00, 15.00-23.00 y 23.00-7.00). En general hacemos siete días de guardia consecutivos, descansamos dos, y luego completamos una semana de trabajo normal. Durante mi guardia soy responsable de un operador (ingeniero técnico), de la seguridad de la máquina y del personal. Juntos, el operador y yo, garantizaremos que la operación sea lo más eficiente posible y que proporcione el mayor tiempo de colisiones factible a los detectores. Mi trabajo se efectúa en la sala de control del CERN, aunque hay personas que están en el túnel del acelerador trabajando; los equipos, por supuesto, también se hallan en el túnel.