Así es la máquina que simulará el “Big Bang”
10:44 am | 08 Sep 2008 | 
El Gran Colisionador de Hadrones (LHC, por sus siglas en inglés), es el acelerador de partículas más grande y potente del mundo, construido por el Centro de Investigaciones Nucleares (CERN) para simular el nacimiento del Universo y para detectar los componentes más elementales de la materia.
El LHC está ubicado a 100 metros bajo tierra, en el corazón de la cordillera del Jura, en la frontera entre Francia y Suiza. En su interior se construirá un anillo metálico de 27 kilómetros, enfriado por imanes superconductores cuya función es mantener una temperatura a 271 grados bajo cero.
A continuación, hay que añadir a la receta dos puñados de protones, lanzados al vacío de este tubo subterráneo en direcciones opuestas, y a una velocidad inimaginable que prácticamente debe rozar la de la luz. Es entonces cuando las múltiples colisiones de partículas que se produzcan en el interior del anillo reproducirán las condiciones que existían inmediatamente después del Big Bang, ese descomunal estallido cósmico que dio el pistoletazo de salida a nuestro mundo.
Una vez terminado ésta gran obra de la ciencia, unos 10.000 investigadores de 500 instituciones académicas y empresas esperan descubrir nuevas claves sobre la naturaleza de la materia y los ladrillos fundamentales de los que se compone el Universo.
Las partículas que se inyecten en su interior colisionarán aproximadamente 600 millones de veces por segundo, desencadenando la mayor cantidad de energía jamás observada en las condiciones de un laboratorio. Para los impulsores del proyecto, se trata de una de las aventuras científicas más ambiciosas y apasionantes en toda la historia de la Física. Desde luego, trabajo no les va a faltar a los investigadores de toda la comunidad científica internacional que se dedican a intentar desentrañar las partículas más elementales de la materia: se calcula que cada año, el LHC producirá tantos datos que se necesitaría una pila de CD de una altura de 20 kilómetros para almacenar toda la información generada por sus experimentos.
«El trabajo que se lleva a cabo en el CERN constituye una contribución muy importante al conocimiento de la Humanidad para comprender el mundo que nos rodea», asegura Juan Casas, un ingeniero de nacionalidad española -aunque nacido en Colombia y formado en Suiza- que ha participado en el desarrollo del LHC. Son sobre todo dos inmensas preguntas, tan antiguas como la curiosidad del Homo sapiens, las que inspiran el trabajo de los científicos y técnicos que trabajan en esta impresionante caverna: ¿De qué se compone la materia de nuestro Universo? Y, ¿cómo llegó a convertirse en lo que es?.
En el interior de este espectacular simulador del Big Bang, que se inicia en el lado francés de la frontera, donde se ubica el Centro de Control del CERN, se encuentra una gran sala repleta de ordenadores con enormes pantallas (tres para cada operario). Aquí es donde, una vez que se ponga en funcionamiento el LHC, los técnicos deberán asegurarse de que todas las condiciones necesarias para la buena marcha del experimento estén bajo control: por ejemplo, los sistemas criogénicos que deben mantenerse en 271 grados bajo cero o los campos electromagnéticos que deben asegurar que la aceleración de los haces de partículas recorran los 27 kilómetros del anillo subterráneo a un 99,99% de la velocidad de la luz.
Si todo sale como está previsto y se cumplen todas las expectativas de los científicos, se calcula que cada segundo, un protón dará 11.245 vueltas al anillo del LHC. Teniendo en cuenta que cada haz de estas partículas tendrá una duración de 10 horas, se estima que recorrerá un total de 10.000 millones de kilómetros (suficiente para llegar hasta Neptuno y volver).
Para tener una idea, la energía requerida por el haz de protones al viajar por el acelerador es el equivalente a un coche viajando a 1.600 kilómetros por hora en el carril rápido de una autopista imposible. Otro ejemplo: la cantidad de energía almacenada en los imanes superconductores que mantendrán la temperatura a -271º sería suficiente para derretir 50 toneladas de cobre.
El LHC está dividido en ocho sectores de 3,3 kilómetros. De momento, sólo se ha logrado el enfriamiento de uno de estos sectores a la temperatura necesaria para llevar a cabo las colisiones que simularán las condiciones del Big Bang. «Aún queda bastante trabajo por delante», reconoce el doctor Casas, «pero esperamos que para finales de este año habremos alcanzado este objetivo en los ocho sectores del acelerador».
El Centro de Control del CERN es también donde se vigila durante las 24 horas del día la seguridad de todo el personal que trabaja en sus instalaciones. Al ser preguntado por el peor escenario imaginable, el doctor Casas responde: «Lo más grave sería una pérdida del vacío en el LHC que provocaría un escape de helio, con posible riesgo de asfixia». No obstante, Luigi Serio, el ingeniero italiano que coordina el Centro de Control le quita hierro al asunto, asegurándonos que «toda la instalación tiene sistemas automáticos de seguridad muy eficaces que neutralizarían el riesgo de cualquier incidencia».
El coste total del LHC supera los 40.000 millones de euros y ha tardado más de 15 años en construirse.
Centro de Investigaciones Nucleares (CERN)
Cruzando la frontera a Suiza, en encuentra el detector de partículas ATLAS. En total, hay cuatro detectores de este tipo en el CERN -los otros tres se conocen como ALICE, LHCb y CMS-, pero el más grande y potente es el ATLAS.
Al entrar en la espectacular nave del ATLAS, hay contenedores que contienen hasta 10.000 litros de helio líquido. «Lo que hacemos aquí es comprimir el helio para expandirlo y enfriarlo», explica el ingeniero holandés Herman Ten Kate. «Éste es uno de los procesos fundamentales que llevamos a cabo para lograr el frío que necesitamos para realizar con éxito los experimentos del LHC», asegura. El ATLAS, que aún se encuentra en construcción y proximamente se introducirá por una cavidad circular para descender 90 metros e instalarse en el interior del detector. «A esa pieza ya le quedan pocos días para estar en su sitio», nos asegura Ken Tate sin inmutarse.
El objetivo del ATLAS, como de los demás detectores, será identificar las partículas desconocidas que surjan de las colisiones de protones que se produzcan en el interior del anillo del LHC. «Hay que tener mucha paciencia para encontrar lo que buscamos», nos dice Ten Kate. «La realidad es que el 99,9% de lo que detectemos no nos va a servir para nada, pero al final esperamos comprender mucho mejor la naturaleza esencial de la materia».
“La partícula de Dios”
¿Qué esperan encontrar los científicos del CERN cuando dentro de unos meses empiecen a analizar las brutales colisiones de protones en el interior del LHC? Sin duda, el tesoro más buscado será el llamado bosón de Higgs, una partícula que predice el modélo teórico actual de la Física, pero para el que hasta ahora no existe evidencia alguna. Se supone que este ‘ladrillo’ fundamental del cosmos -cuyo nombre proviene del físico escocés que propuso su existencia en 1964, Peter Higgs- es crucial para comprender cómo la materia adquiere su masa. Precisamente por la trascendencia que tiene para desentrañar la naturaleza del Universo, algunos científicos también se refieren a ella como ‘la partícula de Dios’.
John Ellis, uno de los investigadores del CERN, considera que «si no la encontramos, esto supondría que todos los que nos dedicamos a la Física teórica llevamos 35 años diciendo tonterías». Su colega holandés, Herman Ten Kate, se atreve a predecir que, teniendo en cuenta la potencia del LHC, «creo que nos bastarán ocho meses para detectarlo». ¿Y si al final no lo consiguen y se viene abajo la teoría actual? «Bueno, tampoco pasa nada, será muy divertido empezar otra vez desde el principio», responde.
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