El LHC, el Gran Colisionador de Hadrones que se encuentra en el CERN, el Laboratorio Europeo de Física de Partículas, en la frontera francosuiza cerca de Ginebra, está a punto de ponerse en marcha de nuevo.
Después de más de dos años de parón, el 23 de marzo los protones volverán a recorrer unas 11.000 veces por segundo los 27 kilómetros que forman el anillo a velocidades cercanas a la de la luz. Durante estos dos años, cientos de ingenieros y técnicos han realizado importantes tareas de mantenimiento de la máquina que aseguran su correcto funcionamiento durante este segundo periodo que se espera que dure hasta 2018.
Descubrimientos del LHC
El 4 de julio de 2012 se anunció el descubrimiento ansiado del bosón de Higgs. Han hecho falta más de cuarenta años para que la predicción teórica llevada a cabo por el físico escocés Peter Higgs, se hiciera realidad (y con ella su premio Nobel). Hemos necesitado aceleradores tan potentes como el LHC para dar con la pieza clave del Modelo Estándar de la física de partículas.
No obstante, el LHC ha llevado a cabo muchos más experimentos que no tienen relación directa con el bosón de Higgs. Se han realizado medidas precisas de fenómenos ya conocidos como las masas del top quark o del ángulo de violación de la simetría CP. A su vez, en el experimento LHCb, uno de los cuatro experimentos que se encuentran en el LHC, se han descubierto nuevas resonancias, es decir, nuevas configuraciones que dan lugar a nuevos tipos de partículas jamás observadas hasta el momento. Es mucho todavía lo que nos queda por descubrir en los próximos años. Citando a Martí i Pol: “Tot està per fer i tot és possible”, (todo está por hacer y todo es posible).
La supersimetría y el origen de la materia oscura
El bosón de Higgs ha levantado mucha expectación desde entonces, así como lo ha hecho el propio LHC. Todos tenemos los ojos puestos en este segundo periodo donde quedan muchas cosas por descubrir. El incremento de energía nos va a permitir generar una cantidad todavía más grande de bosones de Higgs, de manera que vamos a poder incrementar la precisión de nuestros experimentos y así desvelar el el origen concreto del Higgs. Como dice la expresión británica, “el demonio está en los detalles”.
Otro de los grandes misterios por resolver es la existencia de supersimetría. La supersimetría es una teoría que complementaría el actual Modelo Estándar de la física de partículas y que explicaría algunas de las cuestiones que todavía quedan por explicar. Dicha teoría dice que por cada partícula que hoy conocemos existe una correspondiente partícula supersimétrica.
Si se confirmase, la supersimetría podría desvelar cuál es el origen de la materia oscura que compone alrededor del 23% de todo lo que hay contenido en el Universo. También permitiría solucionar algunos problemas asociados con el bosón de Higgs y que hoy siguen siendo un misterio.
¿Por qué el Universo está hecho de materia y no de antimateria? Esa es la pregunta que intentan responder los científicos de algunos de los experimentos que tienen lugar en el CERN. Creemos que el Universo se debería haber creado con la misma cantidad de materia que de antimateria.
No obstante, la parte que observamos del Universo está en su totalidad compuesta por materia ordinaria. ¿Qué ha pasado con la antimateria proveniente del Big Bang? Creemos que en realidad inicialmente hubo una pequeña descompensación y que por cada mil millones de partículas de antimateria, se crearon mil millones y una partículas de materia. Toda materia se aniquiló con la antimateria menos esas partículas que son las que forman hoy nuestro Universo.
El aumento de energía en el LHC dará lugar a una mayor producción de partículas de antimateria que aportarán una información valiosísima para intentar dar respuesta a esta cuestión.
Más allá de la cuarta dimensión
Si entramos en terrenos que hasta hoy han sido propiedad de la ciencia ficción, encontramos investigaciones sobre dimensiones adicionales. Nuestro universo podría estar compuesto por más dimensiones además de las tres a las que estamos acostumbrados. Dimensiones extra a las cuales no tenemos acceso, pero la gravedad por ejemplo, sí podría tenerlo. Estas dimensiones extra podrían detectarse como resultado de la detección de nuevas partículas que solamente tendría sentido considerar si existen nuevas dimensiones por las cuales pueden moverse. Si ese fuese el caso, podríamos llegar a entender por qué la gravedad es una fuerza tan débil comparada con el resto de fuerzas de la naturaleza.
En los primeros instantes del Universo, justo después del Big Bang, el estado de la materia no era exactamente como el que conocemos hoy en día. Toda la materia formaba una sopa cósmica que hoy conocemos como plasma de quarks y gluones, los componentes de los protones y neutrones. Para recrear esa sopa se hacen colisionar núcleos de plomo. A mayor es la energía de la colisión, más cerca del momento cero podemos observar.
Más colisiones, más partículas, más información
Para llevar a cabo este nuevo conjunto de experimentos, la energía a la cual van a circular los protones en el LHC se va a incrementar considerablemente, pasando de los 4 teraelectronvoltios (TeV) a los 6.5 TeV. Esto nos permitirá explorar regiones nunca vistas y nos da la oportunidad de analizar un poco más de cerca los instantes posteriores al Big Bang. Este incremento de energía ha requerido más de dos años de parón técnico en los que se han llevado tareas de mantenimiento y sustitución de algunas de las partes fundamentales del acelerador.
Entre otras muchas tareas, se han substituido 18 de los 1232 imanes superconductores que componen el anillo y que permiten curvar los protones en su trayectoria circular. Se han revisado todas y cada una de las interconexiones entre estos imanes y se han instalado sistemas de seguridad que previenen de incidentes como el que ocurrió en 2008 y que retrasó la puesta en marcha del LHC casi dos años más.
Desde el punto de vista operacional, los haces de protones van a ser más pequeños todavía en los puntos de colisión. De esta manera se incrementa el número de colisiones que se producen cuando los dos haces colisionan enviando así mucha más información al detector. A su vez, se va a reducir el tiempo que separa dos paquetes consecutivos de protones, pasando de 50 a 25 nanosegundos (una mil millonésima de segundo).
Al aumentar su energía, los protones emitirán más radiación y los componentes electrónicos del acelerador han de estar preparados para soportar altas dosis. Para ello, se han realizado más de 40.000 pruebas y se han reemplazado muchos de los materiales por otros más resistentes a la radiación.
El aumento de energía también conlleva que las cavidades de radiofrecuencia, que son las encargadas de acelerar el haz mediante campos eléctricos, tengan que funcionar a un voltaje más alto.
Otro de los sistemas que se han revisado ha sido el sistema de vacío. La tubería por la cual circulan los protones debe contener el mínimo número de moléculas de aire para evitar que estas choquen y el haz desintegre rápidamente. Para ello, un potente y complejo sistema de vacío no solamente elimina el aire del interior del LHC si no que se encarga también de eliminar las partículas que el haz va arrancando de las paredes metálicas a su paso. Mantener este alto vacío va a ser uno de los grandes retos de los próximos años.
La nueva era de los exploradores
La ciencia sigue hoy los pasos de los antiguos exploradores. Aventurándonos en lo desconocido y abriéndonos camino en zonas nunca antes contempladas, nos adentrándonos poco a poco en la era del conocimiento.
No sabemos si vamos a encontrar lo que buscamos. Es más, nos encantaría encontrar algo que nunca antes nos habíamos imaginado. La conciencia de nuestra ignorancia es lo que nos hace humanos. Y también lo que nos hace avanzar cada día, como decía Carl Sagan: “el estudio del Universo es un viaje para autodescubrirnos”.