Los premios Nobel rara vez se conceden en caliente; lo habitual es que transcurra un tiempo de maduración hasta que se considera pertinente distinguir un hallazgo logrado varios años antes, a veces incluso décadas. Pero el Nobel de Física de 2013 fue una de las excepciones. En julio de 2012, los investigadores del Laboratorio Europeo de Física de Partículas (CERN) en Ginebra informaron del descubrimiento de una partícula largamente buscada, el bosón de Higgs. Quince meses después, la Real Academia Sueca de Ciencias anunciaba la concesión de su galardón de Física a Peter Higgs y François Englert, autores de la teoría que postulaba la existencia de esta partícula. Fueron los momentos de brillo del Gran Colisionador de Hadrones (LHC), el mayor acelerador de partículas del mundo, que hizo posible el hallazgo. Pero una década después, ¿qué ha sido de la máquina más cara y grandiosa de la historia de la ciencia?
Con ocasión del fallo del Nobel de 2013, a nadie sorprendió una noticia que parecía caer por su propio peso. A raíz del anuncio del CERN, el ya fallecido físico teórico Stephen Hawking se había pronunciado a favor de la concesión del premio a Higgs, incluso a pesar de que el hallazgo del bosón le había costado a Hawking perder una apuesta de 100 dólares. Pero sobre todo, pocos habrían puesto en duda que era un acto de justicia premiar el éxito del LHC, cuya construcción había costado unos 3.000 millones de euros y que extiende su anillo de 27 kilómetros entre Suiza y Francia.
El descubrimiento del bosón de Higgs explicaba el origen de la masa de toda la materia visible que conocemos, poniendo así el broche al llamado Modelo Estándar. El principal significado del hallazgo estribaba en completar y ratificar el esquema sobre el que los físicos teóricos han basado sus predicciones durante décadas, y fue precisamente esta confirmación el motivo de la decepción de Hawking, quien auguraba un escenario más interesante para los teóricos si la conocida como “partícula Dios” nunca llegaba a manifestarse.
Aunque el objetivo más buscado del LHC lograra cubrirse en su primera ronda de funcionamiento, esto no implica ni mucho menos que el acelerador haya perdido su razón de ser, ni que haya estado inactivo desde entonces. De hecho, y según declaraba la investigadora del CERN Fabiola Gianotti, “el descubrimiento del bosón de Higgs fue solo el comienzo del viaje del LHC”. Pero después de tres años de operaciones, la máquina necesitaba cuidados. En febrero de 2013, los técnicos la desconectaron para someterla a un exhaustivo proceso de mantenimiento y actualización que duró 16 meses.
Por fin, en junio de 2014, el CERN anunciaba que el LHC se activaría de nuevo en 2015 para una nueva ronda de tres años de investigaciones. Ese mismo mes, los ingenieros terminaron de conectar los electroimanes superconductores que guían los rayos de protones a lo largo del anillo para hacerlos colisionar, una tarea que según el CERN es “similar a disparar dos agujas a diez kilómetros de distancia con tal precisión que se encuentran a mitad de camino”. Para acelerar los haces de partículas a velocidades próximas a la de la luz, los imanes deben enfriarse con helio líquido hasta -271,3 oC, una temperatura inferior a la del espacio exterior. El 5 de abril de 2015 la máquina arrancaba de nuevo para empezar a producir colisiones en los cuatro detectores o experimentos principales del LHC, llamados respectivamente ATLAS, CMS, ALICE y LHCb.
Lo que diferenciaba a esta segunda ronda de funcionamiento de la anterior era la energía a la que se producirían las colisiones. En los primeros tres años de operaciones del LHC, los protones chocaban a 7 teraelectronvoltios (TeV), solo la mitad de la capacidad de la máquina. En esta segunda fase las partículas colisionarían a 13 TeV, aún por debajo de la energía máxima del LHC (14 TeV) pero a una escala hasta entonces desconocida que según el director general del CERN, Rolf Heuer, suponía disponer de “una máquina nueva, preparada para situarnos en el camino hacia nuevos descubrimientos”.
Durante esta segunda ronda, los ingenieros que operan la máquina se centraron en aumentar la luminosidad, un parámetro que mide el número de colisiones que se producen por unidad de tiempo en la superficie de la sección del tubo. Así se logró elevar la luminosidad al doble del valor de diseño, con un mayor número de colisiones y a una energía más potente que en la primera ronda. El 10 de diciembre de 2018 el LHC se desactivó de nuevo, en una segunda parada cuyo objetivo no era solo el mantenimiento regular, sino además iniciar una actualización masiva hacia un Gran Colisionador de Hadrones de Alta Luminosidad (HL-LHC) que multiplicará este parámetro por 10 en 2028-29.
El 22 de abril de 2022 el LHC inició su tercera ronda, con una energía de 13,6 TeV y que continuará hasta 2026. Entonces habrá un nuevo parón en el que se completará la actualización del HL-LHC.
El acelerador más potente jamás construido
Además de su hallazgo estrella, el bosón de Higgs y sus propiedades, en los años de operaciones transcurridos desde las primeras colisiones en 2009 el LHC ha aportado otra multitud de descubrimientos menos pregonados, pero también enormemente relevantes para la física. Entre ellos se cuentan la observación de muchas otras partículas, el descubrimiento de más de 50 nuevas, la creación de plasma quark-gluón —una materia cuya densidad solo es superada en los agujeros negros, y que llenaba el universo temprano tras el Big Bang—, o la puesta a prueba de teorías de supersimetría, una extensión del Modelo Estándar que rellenaría algunos huecos y que podría allanar el camino hacia una teoría unificadora, popularmente conocida como Teoría del Todo. Los resultados del LHC se han traducido en miles de estudios publicados.
Pero a pesar de ello, los propios expertos reconocen que todo experimento de física de partículas sufre una disminución de su rendimiento científico con los años, una vez que la máquina ha llegado al límite de sus capacidades. Han sido muchos los descubrimientos, pero ninguno que suponga un cambio de paradigma, una incursión más allá del Modelo Estándar. Es por ello que las mejoras del HL-LHC permitirán observar procesos que actualmente no están al alcance del LHC. Se espera que esta nueva evolución del colisionador impulse sus descubrimientos en la búsqueda de nueva física más allá del Modelo Estándar. Los físicos confían en que esta nueva encarnación proporcione la mayor revolución de la física en cien años. Una de las esperanzas, que ha escapado al LHC, es el posible hallazgo de las WIMP o partículas masivas de interacción débil, candidatas a formar la materia oscura que según la teoría actual constituye el 85% de toda la materia del universo.
Sin embargo, habrá un momento, que se calcula en torno a 2040, en el que incluso el HL-LHC se quedará pequeño. Hoy los físicos sueñan con el siguiente paso para la segunda mitad del siglo: el Future Circular Collider (FCC), el acelerador más potente jamás construido. Los diseños preliminares manejados por el CERN contemplan un anillo de casi 100 kilómetros frente a los 27 del LHC, que discurriría por debajo del lago Lemán de Ginebra y en el que se alcanzarían colisiones de 100 TeV.
Por el momento, es solo un sueño, y uno que podría romperse: los 20.000 millones de euros que costaría su construcción no convencen ni siquiera a todos los físicos; algunos argumentan que difícilmente descubriría una nueva física tan revolucionaria que justificara la inversión. Hoy el proyecto del FCC aún está en el aire, pero los futuros apoyos a esta propuesta podrían depender de cuáles sean los resultados del nuevo HL-LHC una vez que comience sus operaciones.
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