Detector de partículas ATLAS del Gran Colisionador de Hadrones (LHC) del CERN. [Wikimedia Commons]

Pocos son los que a estas alturas no hayan oído mencionar el bosón de Higgs, aunque pocos tengan alguna idea de lo que se trata. Es una partícula que, a pesar de que su papel es fundamental en la interpretación de los hechos experimentales, su papel es difícil de entender para los no especialistas en la física de las partículas elementales. Y cuando se menciona un acelerador de partículas nadie suele pensar en las decenas de miles de aceleradores de muchos tipos que hay en el mundo. Todos suelen pensar en uno, el LHC del CERN, el Laboratorio de Física de Partículas que hay en Ginebra.

El CERN es una de las primeras entidades europeas que se crearon después de la segunda guerra mundial, en 1954. A lo largo de su historia ha permitido que Europa jugara un papel importante a nivel mundial, hasta convertirse en la actualidad en el mayor laboratorio del mundo de su especialidad. Sus logros no han sido solo científicos, sino también tecnológicos. No es ahora el momento de relacionar unos y otros, pero sí decir que el balance tecnológico del CERN es algo que se ha medido diversas veces, siempre con resultados positivos. En lenguaje actual diríamos que los beneficios socioeconómicos del CERN arrojan resultados más que interesantes y que la razón del beneficio aportado sobre su elevado coste es mayor que uno, cosa que no sucede en todas las grandes inversiones. Y para ello no haría falta incluir los beneficios que el world wide web, que surgió de sus paredes, ha aportado a la sociedad.

Desde ya hace años que las distintas regiones del mundo están planificando sus futuras actuaciones sobre la física de partículas, o física de altas energías. En concreto Europa lo ha discutido en distintos foros, uno de los cuales fue el que se reunió el año pasado en Granada, y recientemente ha presentado su Estrategia Europea sobre Física de Partículas que el Consejo del CERN ha adoptado unánimemente el pasado día 19 de junio. Esta Estrategia Europea (Europea, ¡no solo del CERN!) contempla avanzar hacia la construcción de un Future Circular Collider, un FCC, un nuevo colisionador de electrones contra sus antipartículas, los positrones, en un túnel de unos 100 kilómetros de circunferencia. Sería un colisionador operativo hacia el año 2040 que permitiría entre otras cosas analizar con precisión la física del bosón de Higgs, y que en una segunda fase podría convertirse en un colisionador de protones, como el actual LHC pero a una energía mucho mayor, para explorar energías aún mayores.

Pero la Estrategia es más amplia y entre otras muchas cosas contempla nuevas técnicas de aceleración, nuevos tipos de imanes, incluidos los superconductores a temperatura ambiente, etc. Técnicas todas ellas muy útiles para las decenas de miles de aceleradores de distintos tipos que hay en el mundo, especialmente en industrias y en el sector asistencial. Estos progresos permiten, por ejemplo, abaratar los dispositivos de terapia de protones que en unos pocos años han reducido su precio en un factor de dos y que permitirán alcanzar el objetivo de disponer de un sistema de hadronterapia, de protones o de iones, para cada 10 o 15 millones de habitantes. La Estrategia también hace hincapié en aspectos de eficiencia energética tanto en los sistemas de aceleración como en los, cada vez más importantes, sistemas de computación y tratamiento de grandes cantidades de datos, los auténticos big data.

Conviene recordar que los distintos grandes aceleradores que ha ido construyendo el CERN a lo largo de su historia han requerido unas planificaciones complejas y crecientes al ritmo que crecía su coste. El LHC ha sido el sucesor del LEP (Large Electron Positron) de 27 kilómetros de túnel subterráneo, en buena parte construido por una empresa española, y que se construyó en el mismo túnel. Ello ha supuesto una inversión de unos 5,000 millones de euros y se empezó a planificar antes de 1990, mucho antes de su aprobación por el Consejo del CERN en 1994, y casi 25 años antes de su puesta en funcionamiento en 2008. Después del descubrimiento del bosón de Higgs en 2012 el LHC está aún en plena operación y lo estará en una segunda fase de alta luminosidad que aportará datos experimentales hasta bien entrada la década de los años 30, el HL-LHC (HL de High Luminosity). Estos largos plazos indican que este es el momento en que se ha de empezar a planificar el futuro del CERN para el par de decenios posteriores al año 2040, a pesar de las dificultades e incertidumbres que entraña una planificación a tan largo plazo.

Tal como ha sucedido con decisiones anteriores sobre grandes inversiones a largo plazo para explorar territorios desconocidos, surgen voces contrarias a que se dediquen presupuestos importantes a estas ramas de la ciencia, y en general a lo que se conoce como Big Science. Basta recordar las opiniones contrarias a proyectos anteriores incluso por parte de científicos distinguidos. Las hubo al LEP y al LHC. Y las hubo en Estados Unidos respecto a los anillos Isabelle que hubo que abandonar, aunque luego han albergado el Relativistic Heavy Ion Collider, RHIC, un colisionador de iones pesados relativistas que permitió detectar el plasma de quarks y gluones. Y también en el caso del Superconsductor Supercollider, SSC, que se canceló después de haber invertido 2.000 millones dólares poniendo en la calle a unas 2.000 personas. Incluso también hubo opiniones contrarias a las mucho más modestas fuentes de luz de sincrotrón, no sólo en España, sino también en otros países.

Una de las críticas a un futuro gran acelerador ya fue la de Sabine Hossenfelder en su libro "Lost in Math: How Beauty Leads Physics Astray", que se ha traducido a diversos idiomas entre ellos el español con el título "Perdidos en las matemáticas: cómo la belleza confunde a los físicos". Se trata de una dura crítica no sólo a los planes de construcción de nuevos grandes aceleradores sino también a la forma de trabajar de los físicos de partículas, con sus intuiciones y con su búsqueda de teorías bellas y plausibles. Recientemente las críticas de Hossenfelder han sido voceadas por la prestigiosa revista Scientific American en un artículo que lleva por título "El mundo no necesita un nuevo colisionador de partículas gigante" del que se ha hecho eco la revista Nature, que pertenece al mismo grupo editorial.

Las críticas se basan esencialmente en que los retornos de tal inversión, de algunas decenas de miles de millones de euros, no son claros y en que esta inversión sería más útil en otros proyectos. Como era de esperar apuntan, como ejemplos, a estudios sobre el cambio climático y, aprovechando la ocasión, sobre virus emergentes. Entre los argumentos para oponerse a la Estrategia, limitándose al FCC, se afirma que el coste de la construcción y operación de los colisionadores ha crecido mientras que su relevancia ha disminuido (afirmación opinable); que la búsqueda de pistas para solucionar los cabos sueltos que tiene el Modelo Estándar se puede realizar con otros instrumentos y mediante otros métodos de aceleración. Estos y muchos otros proyectos ya se contemplan y están incluidos en la Estrategia que realmente es mucho más amplia que la simple propuesta del FCC y que busca coordinarse con las estrategias que definan los Estados Unidos, China o Japón.

Otra de las críticas al FCC es que el LHC tenía un objetivo claro mientras que ahora el objetivo de un FCC no está bien definido. Esta es una afirmación como mínimo discutible. Ahora, tras la detección del bosón de Higgs es muy fácil explicar cuál era el objetivo del LHC, pero cuando este fue aprobado el panorama no era en absoluto claro. La posible existencia del bosón de Higgs, ya fue predicha en los años 1960: era una posibilidad de solucionar problemas del Modelo Estándar, pero no la única. El objetivo del LHC era explorar terrenos desconocidos, como lo es ahora el objetivo del FCC. Si un futuro acelerador detectara, por ejemplo, partículas supersimétricas, sería muy fácil decir que el objetivo del FCC era su detección, pero ahora hacer esta afirmación es gratuito ya que hay otras posibilidades. Son las dificultades de hacer predicciones sobre el futuro. ¿Que encontrará un futuro y mayor acelerador, de más energía?

De lo dicho se desprende que la presentación de la Estrategia, y su adopción por el Consejo del CERN, es oportuna. La realidad es que las regiones importantes, Japón, Estados Unidos y China están planificando su futuro y Europa no puede quedarse estática. La Estrategia es importante tanto desde un punto de vista científico como por sus aspectos tecnológicos, ya que se trata de un instrumento de desarrollo en los múltiples campos en los que inciden los aceleradores. Pensemos en electroimanes, fuentes de alimentación, refrigeración, materiales eléctricos, mecánica de precisión, sistemas de seguridad, electrónica, radiofrecuencia, técnicas de vacío, instrumentación, computación y control, sistemas de diagnóstico, sistemas ópticos, criogenia, etc. Todas tecnologías de amplio uso que difícilmente se desarrollarían sin un proyecto estimulador.

Por otro lado hay que relativizar la crítica debida al elevado coste ya que se trata de presupuestos que deben invertirse a lo largo de 20 o 30 años. No hace falta hacer comparaciones con presupuestos militares o del espacio. Pero podemos comparar con el coste de los trenes de alta velocidad. A una media de 20 millones de euros por kilómetro, la estimación del FCC de algo más de 20,000 millones sería una tercera parte de la inversión realizada en España, que seguramente ha supuesto unos retornos tecnológicos menores que los que proporciona un acelerador. O podemos pensar en el campo sanitario que tanto debe a las tecnologías de los aceleradores, tanto para terapias como para producción de isótopos. Si un acelerador hospitalario normal tiene un coste medio de 2 millones de euros, la inversión de un FCC puede ser equivalente a 10,000 de los aceleradores europeos, sin contar los mucho más caros dispositivos de terapia de hadrones ya mencionados. Se trata de inversiones anuales no muy alejadas del presupuesto anual de buenas universidades u hospitales.

Debe quedar claro que el FCC aún no ha sido aprobado, pero la reciente decisión del CERN es avanzar en su estudio.

Ramón Pascual de Sans
Ramón Pascual de Sans

Profesor emérito de física teórica de la Universidad Autónoma de Barcelona, presidente honorario de la fuente de luz de sincrotrón ALBA y miembro de la Real Academia de Ciencias y Artes de Barcelona.

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«Al contrario de los tertulianos, me abstendré de comentar aquello de lo que no sé lo suficiente.»

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