Aqui no hay quien viva .es

Imagínese un experimento científico que lleva tal cantidad de cable (10 veces más fino que un cabello humano) como para cubrir de sobra la distancia de la Tierra al Sol cinco veces; que uno de sus detectores es más grande que la parisiense catedral de Notre Dame y que otro tiene un sistema de imanes con más hierro (10.000 toneladas) que la Torre Eiffel.

Todo ello está montado en un túnel circular de 27 kilómetros que las partículas elementales de los experimentos recorrerán más de 11.000 veces por segundo. Cuando choquen entre sí en cuatro puntos de colisión, las partículas se desintegrarán y crearán otras nuevas nunca producidas hasta ahora artificialmente, en condiciones controladas de laboratorio. Los físicos que estudian los componentes fundamentales de la materia están entusiasmados e impacientes por empezar a trabajar con este colosal experimento.

Se llama Gran Colisionador de Hadrones (LHC, en sus siglas en inglés) y se estrenará dentro de una semana en el Laboratorio Europeo de Física de Partículas (CERN), junto a Ginebra. Allí, a un centenar de metros de profundidad, en el túnel del acelerador, físicos e ingenieros de todo el mundo se afanan por acabar todo a tiempo para inyectar los primeros haces de partículas en el LHC el 10 de septiembre y comprobar, eso esperan, que todo funciona. Es un acelerador único, que reposa en tecnologías de vanguardia desarrolladas para su propia existencia, pero que repercutirán en otras aplicaciones. Su construcción se decidió en 1994 y especialistas de más de 80 países participan en el proyecto, cuyo coste ronda los 6.000 millones de euros.

El diseño, construcción y montaje de esta máquina científica supone tantos retos que es difícil elegir los más llamativos. Un ejemplo: el LHC exige tal precisión en todos y cada uno de sus componentes que el efecto de marea de la luna sobre el terreno en la región de Ginebra provoca una variación de un milímetro en la circunferencia de 27 kilómetros del acelerador generando variaciones en la energía de los haces, así que los físicos tendrán que tener en cuenta la influencia lunar en sus datos.

“Estamos culminando un maratón con un sprint”, dice Lyn Evans, director del LHC. “Ha sido un largo recorrido y ahora estamos todos deseando tener puesto en marcha el programa de investigación del LHC”. El encendido de una máquina así no se concreta en un momento apretando un botón, insiste Evans. Desde hace meses, se han ido completando y probando los ocho sectores que forman la circunferencia del acelerador integrada por más de 1.500 grandes imanes superconductores, conectados en fila uno con otro, para acelerar y guiar los haces de las partículas que circularán dentro, por un tubo de alto vacío. Además, ha habido que enfriar todo a 271 grados bajo cero (temperatura requerida por los imanes superconductores).

También los cuatro grandes detectores de los choques de partículas (CMS, Atlas, LHCb y Alice), similares y complementarios, deben estar listos en una semana, y alguno tiene aún una agenda de tareas bastante densa.

La mejora que supone el LHC respecto al acelerador más potente actual, el Tevatron (Fermilab, Chicago), es espectacular: el europeo generará colisiones de partículas de potencia siete veces superior a cualquier acelerador anterior, cuando alcance su máxima potencia prevista, hacia 2010, será 30 veces superior.

“En EE.UU. la física de partículas está en fase de transición”, dice Elisabeth Clemens en la revista especializada Symetry. “En un año o dos, el Tevatron, el acelerador de mayor energía del mundo, se cerrará y la frontera se desplazará a Suiza, donde el LHC está a punto de arrancar. Más de 1.200 científicos estadounidenses colaboran en sus experimentos”.

¿Qué quieren ver los físicos con este gigantesco laboratorio? “Adolfo Suárez decía aquello de ‘puedo prometer y prometo’; los científicos no podemos hablar así. Es la naturaleza quien decide, y si la investigamos ¡es porque no sabemos las respuestas!”, dice Álvaro de Rújula, físico teórico del CERN. “Es más, no descubrir nada de lo que sospechamos (en particular el bosón de Higgs que, si existe, tiene que encontrarse en el LHC) sería un descubrimiento fantástico, aunque pueda parecer raro que no descubrir sea un éxito”.

La búsqueda de ese bosón de Higgs se ha convertido en bandera del LHC. “Las partículas elementales conocidas son vibraciones en el vacío, la partícula de Higgs sería una vibración del vacío”, explica De Rújula. “El vacío del universo, creemos, no es la nada, es una sustancia y puede vibrar, y la interacción del vacío -que no lo está- con el resto de las partículas (una especie de fricción) sería lo que genera sus diferentes masas”.

Además, los físicos, varios miles de ellos participan directamente en el LHC, desean también que surjan de esas colisiones de partículas cosas nuevas e inesperadas, tal vez la auténtica sal de la ciencia.

Si todo va bien el día 10, el LHC entrará en una fase completamente nueva, pero esto no significa que los descubrimientos deban emerger de los detectores el día 11. “Ahora, los detectores están tomando datos sin que el acelerador funcione aún: captamos rayos cósmicos y señales de ruido. Luego, a partir del día 10, tomaremos datos de los protones (las partículas de los haces del acelerador) circulando por el LHC”, explica el físico español Guillermo Gómez Ceballos, que trabaja en CMS. “Más adelante, en noviembre, empezaremos a tomar datos de las colisiones de partículas, pero con una energía más baja de la prevista, y, finalmente, dentro de unos meses, tendremos la energía nominal del LHC”.

Está previsto que el acelerador empiece a funcionar con una energía de 0,9 teralectronvoltios (TeV) por haz. “La energía irá subiendo poco a poco hasta alcanzar los cinco TeV por haz; queremos que sea cuanto antes pero sin asumir demasiados riesgos”, afirma Enrique Fernández, director del Comité de Política Científica del CERN.

Habrá que tomar muchos datos antes de encontrar el Higgs. En cada uno de los dos haces que circularán en sentido contrario por el LHC, las partículas van en paquetes -unos 3.000 por haz-, con 100.000 millones de partículas por paquete. Los haces se cruzarán 30 millones de veces por segundo, generando unos 600 millones de colisiones por segundo.

Parece mucha información, pero la cosa es complicada. Jesús Puerta Pelayo, físico de CMS, explica: “Los sucesos que queremos estudiar son extremadamente poco frecuentes, por lo que necesitamos una gran cantidad de colisiones. Es como si en una ruleta con miles de millones de números quisiéramos analizar en detalle cómo se comporta la bola al caer en el número 10; para conseguir unos cuantos dieces tendremos que lanzar la ruleta muchísimos miles de millones de veces”. El juego científico del LHC debe empezar el próximo miércoles.

Los fotones son, hasta ahora, los únicos mensajeros a los que se puede preguntar cómo es el Universo. Ellos transmiten los rayos X que detectan telescopios como Xmm-Newton, los gamma que recogerá el recién lanzado GLAST o la luz visible que detecta el Hubble. Sin embargo, dentro de unos diez años, la humanidad ganará un sentido y podrá contar con un nuevo informador: las ondas gravitacionales. Estas ligeras ondulaciones en el tejido espacio-tiempo (del que está hecho el cosmos) son provocadas por el movimiento de objetos muy masivos como los agujeros negros. Para detectarlas –aún no se han observado de forma directa–, en una misión conjunta de ESA y NASA, se lanzará hacia 2018 un grupo de tres satélites conocido como LISA (Laser Interferometer Space Antenna).

Desde el lunes pasado, con motivo del séptimo LISA Symposium, están reunidos en Barcelona más de 200 expertos de todo el mundo en ondas gravitacionales. Allí se ha hablado de algunas de las posibilidades que abrirá LISA para el estudio del cosmos.

Energía oscura
Una de ellas fue la planteada por el profesor del Instituto Albert Einstein en Potsdam (Alemania) Bernard Schutz. Según el investigador, el nuevo telescopio permitirá entender el problema de la energía oscura y comenzar a explicar porqué el Universo se expande a una velocidad cada vez mayor. “Para estudiar la energía oscura tienes que medir dos cosas: la distancia hasta una galaxia o cualquier objeto muy distante y su velocidad”, indica. Entre estas dos características, la más complicada de conocer es la distancia.

Para resolver el problema, los astrónomos deben comparar los resultados obtenidos por distintos métodos, y han construido una escalera de distancias cósmicas. Así se calculan progresivamente las distancias de objetos más cercanos, primero, para llegar finalmente a los más alejados. “Hasta hace menos de 15 años no había un acuerdo entre los astrónomos sobre las distancias”, indica Schutz. De las ondas gravitacionales que detectará LISA, sin embargo, se podrá obtener de una forma directa y más sencilla la información sobre la distancia.

Agujeros negros
El objetivo estrella del observatorio de ondas gravitacionales serán los sistemas binarios en los que conviven dos agujeros negros supermasivos. Estos objetos monstruosos, con millones de veces la masa del Sol, producen una inmensa cantidad de ondas gravitacionales mientras se acercan entre sí en una espiral que acabará con su fusión. Las observaciones de LISA permitirán conocer de una manera muy precisa la dinámica de estos sistemas sobre los que, debido a su capacidad para engullir la información electromagnética que necesitan los telescopios en funcionamiento, queda mucho por saber.

Schulz señaló también la posibilidad de observar los primeros instantes del cosmos. “El Universo comenzó con un gran estallido que con seguridad produjo una gran cantidad de ondas gravitatorias. Si tienen la fuerza suficiente serán una gran fuente de información sobre aquella primera fracción de segundo”, dijo.

Otra de las ventanas que se puede abrir con el lanzamiento de LISA es la que permitiría observar el interior de objetos como las supernovas o algunas áreas muy densas de las galaxias, lugares de los que es difícil obtener información con el estudio de las ondas electromagnéticas. El motivo es que, como explica el profesor del CSIC en el Instituto de Ciencias del Espacio Alberto Lobo, “la radiación gravitatoria no se amortigua fácilmente y casi todos los cuerpos son muy transparentes a ella”.