Diez Años del Large Hadron Collider

04/10/2018 0 comentarios
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Tras la detección del boson de Higgs, el colisionador va confirmando el Modelo Estándar. Quizá deberemos esperar a la mejora de su luminosidad para detectar nueva física

Hace algo más de diez años, con un gran despliegue de medios de comunicación de todo el mundo, se puso en funcionamiento el mayor acelerador jamás construido, situado en los alrededores de Ginebra, a caballo entre Francia y Suiza, en un túnel de 27 kilómetros de circunferencia situado a unos 100 metros bajo el nivel del suelo, formando un ligero ángulo con la superficie por cuestiones geológicas: el Large Hadron Collider del CERN.

[LHC/CERN]

El túnel tenía ya una historia de éxitos. Previamente había albergado otro acelerador, el Large Electron Positron, LEP, un "colisionador", en el que chocaban frontalmente haces de electrones contra haces de sus antipartículas, los positrones o antielectrones, para producir densidades de energía que produjeran partículas de masas muy elevadas. El LEP permitió la caracterización detallada de los bosones intermediarios, los Z0, W+ y W-, confirmando con elevada precisión el Modelo Estándar de la física de altas energías, por cuya formulación ya habían recibido el premio Nobel en 1979 Glashow, Salam y Weinberg y en 1999 't Hooft y Veltman. También permitió establecer en tres el número de "familias" de partículas, la formada por el electrón y los quarks up y down y las formadas por el muón y los quarks charm y extraño y la del leptón tau y los quarks bottom y top, con sus correspondientes neutrinos. Las velocidades de las partículas en el LEP son tan cercanas a la de la luz que los físicos, en vez de hablar de velocidades, prefieren hablar de energías. Las de los electrones y positrones en el LEP era, inicialmente, de unos 100 mil millones de electronvolt (100 GeV).

Uno de los primeros objetivos del LHC, un colisionador de protones contra protones, era detectar el bosón de Higgs, la partícula que según la opinión más establecida debía completar el Modelo Estándar. Su detección en dos de los grandes detectores del LHC, ATLAS y CMS, dio lugar a otra de las grandes noticias el 4 de julio de 2012. La repercusión fue tal que, en un récord de rapidez, ya el 2013 se otorgó el Nobel a dos de los proponentes de la idea, François Englert y Peter W. Higgs.

Este éxito es una de las causas de que se haya casi olvidado la gran complejidad de estos aceleradores y, en especial, del LHC, máquina única en el mundo que ha supuesto considerables avances tecnológicos y de lo que ahora ya llamamos Big Data. Cuando tras años de diseño y preparación, que empezó hace más de 30 años, se aprobó la construcción del LHC por el Consejo del CERN no estaba solucionada ni su total financiación ni muchas de las exigencias constructivas ni de tratamiento de la información. Pero las dificultades ahí estaban y se resolvieron. Si el funcionamiento de un modesto acelerador como el que produce la radiación de sincrotrón de la instalación ALBA ya exige el funcionamiento correcto de miles de dispositivos de tecnologías bastante establecidas, se puede imaginar el reto, y el riesgo, que supone el funcionamiento del LHC.

Y si hay riesgos puede haber accidentes. Pocos días después de que los haces recorrieran los anillos surgió un problema: un fallo de uno de los sistemas magnéticos superconductores provocó una fuga de helio líquido y la correspondiente explosión. Ciertos medios, demostrando un buen nivel de ignorancia, trivializaron el accidente como si se hubiera tratado de un error garrafal en una soldadura ordinaria. La avería tardó meses en repararse y supuso que, si bien no se aplazara la inauguración oficial prevista, no se pudieran iniciar las colisiones a 14 TeV, 14.000 GeV, a finales de año. Más de un año de retraso y un coste de reparación elevado que se añadía a los aproximadamente 5,000 millones de euros del coste, del orden de magnitud de un tren de alta velocidad de Madrid a una de las capitales españolas o de la construcción del depósito CASTOR.

Pero un poco más de un año más tarde se puso de nuevo en funcionamiento el colisionador y sus detectores a una energía algo menor, unos 7 TeV, y desde entonces ha ido suministrando datos que los científicos repartidos por todo el mundo analizan a fondo. De momento el LHC no nos ha reportado ningún otro descubrimiento espectacular, tal como podría ser la detección de alguna de las tan buscadas partículas supersimétricas. Sólo nos pone cotas cada vez más restrictivas a las mismas y nos va confirmando el Modelo Estándar.

Si después del presente periodo de toma de datos ya a una energía de 13 TeV y con haces más intensos ("luminosos"), cuyo análisis aun llevará un tiempo, no se encuentra ninguna novedad, deberemos esperar a una mejora sustancial, el ya proyectado HL-LHC, "HL" de "alta luminosidad" cuya construcción está preparada y se empezará a instalar al final del actual periodo de toma de datos. Tras dos años de instalación y de mejora de los detectores, se espera que funcione de nuevo a 14 TeV de energía el año 2021 durante unos tres años, antes de una nueva mejora que ya está prevista pero que dependerá de los resultados que se obtengan.