El LHC abrirá nuevos horizontes para la física

Los científicos confían en que los cuatro experimentos del LHC (aquí el CMS) arrojen luz sobre uno de los grandes enigmas que existen: la materia oscura. Keystone

Tras dos años de trabajos de mantenimiento y mejora, el  gran colisionador de hadrones (LHC) reanudó el domingo su actividad con casi el doble de la energía que tenía su antecesor. Dave Charlton, físico del CERN, explica qué esperan los científicos del acelerador de partículas más poderoso del mundo.

swissinfo.ch: El Gran Colisionador de HadronesEnlace externo (LHC, por sus siglas en inglés) despierta de la larga siesta que experimentó después de haber sufrido una ‘operación quirúrgica’. ¿Qué se ha hecho para asegurar que ahora podrá duplicar prácticamente la capacidad energética de su antecesor?

Dave Charlton: El principal trabajo realizado durante los últimos dos años consistió en abrir todas las conexiones que estaban en los imanes superconductores ubicados alrededor del anillo del LHC, se los chequeó y se repararon las interconexiones.  Gracias a ello, a partir de ahora el sistema podrá aceptar una mayor cantidad de corriente eléctrica, necesaria para que el LHC emita a su vez energía más potente. Así que, efectivamente, es una nueva máquina.

swissinfo.ch: ¿Cuándo estará listo para operar a su máxima capacidad, es decir, con colisiones de alta energía de 13 (TeV) teraelectrónvoltios frente a los 8 TeV manejados hace tres años?

D.C.: El primer haz de protón del LHC debería estar listo dentro de unas semanas. Y esperamos que la primera prueba formal de haces de protones acelerados para chocar a estos elevados niveles de energía (13 TeV) tenga lugar a mediados de mayo.

swissinfo.ch: Debe estar ansioso por observar los primeros resultados que se obtendrán para la física y… posiblemente, por la oportunidad de demostrar que existen nuevas partículas.

D.C.: Es un momento muy emocionante. Pero es importante destacar que investigar el nuevo fenómeno en el que estamos interesados es un proceso que tomará años. Tendremos que realizar muchas colisiones y analizar infinidad de efectos distintos, antes de tener una visión clara de lo que sucede y antes de ser capaces de identificar los procesos que salen de lo ordinario.

Esperamos tener resultados para el verano. Confiamos en ello. Pero tampoco está claro que logremos descubrir nuevas partículas. Eso vendrá después. Pero no sabemos cuándo.

Dave Charlton, físico y portavoz del experimento ATLAS. cern.ch

swissinfo.ch: Se habla mucho de que el nuevo LHC arrojará luz sobre la llamada materia oscura. ¿Qué opina al respecto?

D.C.: La materia oscura es un problema real para la física actual. Es uno de los grandes enigmas que existen. Aún no entendemos de qué está hecho el 95% del universo. Gracias a las observaciones astronómicas sabemos que existe materia oscura en el universo, posiblemente en una cantidad cinco veces superior a la de la materia que vemos día a día. ¿Qué es exactamente? No lo sabemos aún. La teoría de la supersimetría podría ser de gran utilidad para descubrirlo, pues predice que la materia oscura se deriva de partículas que seguramente podremos producir gracias al LHC.

Así que cuando encendamos nuevamente esta máquina estaremos muy interesados en ver si podemos producir partículas de materia oscura. En general se las llama partículas de materia oscura, pero los modelos de supersimetría –conocidos como modelos Susy– las diferencian con diversos y extraños nombres como charginos, neutralinos o gluinos.

swissinfo.ch: Explíquenos cómo funciona la supersimetría.

D.C.: La supersimetría es un modelo que predice que existe un nuevo conjunto de partículas que aún no hemos descubierto. Se sustenta en un principio simétrico que asume que hay un conjunto diferente de partículas con propiedades similares a las que sí podemos ver.

Es difícil explicarlo en términos simples, pero imaginemos lo que se vivía hace un siglo cuando comenzó a descubrirse que, así como existía materia, había también antimateria. Más adelante, a mediados del siglo pasado, se descubrió el  antielectrón. Los científicos necesitaron mucho tiempo de reflexión para darse cuenta que se trataba del complemento del electrón y de que era una antipartícula. Si la supersimetría se confirma, veremos pues un nuevo conjunto de partículas que también están presentes, pero que son más pesadas que las que observamos todos los días.

Quizás la materia oscura se explique en un modelo distinto al de la supersimetría, pero puede estar conformada con partículas que podemos producir. Hay tantas preguntas que intentaremos responder…

swissinfo.ch: ¿Existe el riesgo de que no encuentren nada nuevo?

D.C.: Existe la posibilidad de que durante los próximos tres años no veamos ninguna partícula nueva más allá del bosón de Higgs (descubierto en 2012).

Pero es importante destacar que con respecto a esta partícula tenemos frente a nosotros una gran cantidad de trabajo para estudiarla a fondo. No sabemos mucho del bosón.

En el Modelo Estándar (marco teórico de la física de partículas) contamos con una predicción de lo que esperamos encontrar y el primer paso consiste en medir sus propiedades. Hay un programa de 20 años para comprender a fondo esta partícula. Puede ser una la ventana hacia la nueva física. Queremos estudiar detenidamente el bosón de Higgs y medirlo con precisión para tener una idea de cuál será la física de mañana, o lo que vendrá después.

Además, podría haber otros bosones de Higgs. La supersimetría estima que hay cinco bosones de Higgs, pero quizás haya otros. En el caso de todas las demás partículas que hemos analizado hemos hallado algunas estructuras semejantes, pero más pesadas. Quizás existe una versión más pesada de Higgs.

El LHC y sus cuatro detectores (los experimentos ATLAS, CMS, LHCb y ALICE) ocupan un túnel circular subterráneo de 27 km de circunferencia y a 100 metros de profundidad a las afueras de Ginebra. cern.ch

swissinfo.ch: ¿Cómo exactamente les puede ayudar el aumento de energía en la investigación sobre nuevas partículas?

D.C.: Este año, el mayor efecto (a nivel de investigación) lo producirá el incremento de energía al que serán sometidos los haces. Las colisiones serán más intensas y, según la fórmula de Einstein (E = mc2), esto significa que podremos crear un mayor número de partículas masivas. Por lo tanto, también se incrementará nuestra capacidad para producir partículas pesadas. Y este es el paso más importante que daremos en 2015.

En los años venideros aumentaremos la intensidad con la que los haces chocan; esto permitirá reunir más datos e identificar procesos más complejos y raros. Pero el gran paso del programa LHC tendrá lugar este año.

swissinfo.ch: ¿Cómo describiría el ambiente que reina actualmente entre los distintos equipos del CERN?

D.C.: Hay un entusiasmo patente. Los científicos están ahí las 24 horas del día, los siete días de la semana. Hay un gran ambiente. Todo el mundo está ansioso por encontrar nuevos datos. Como ya hemos realizado este experimento antes, sabemos que funcionará, que obtendremos datos extraordinarios y que estaremos en capacidad de desarrollar la física muy rápidamente. El entusiasmo es la emoción que domina en este momento.

EL LHC

El Gran Colisionador de Hadrones (LHC), concebido en los años 80, es el más poderoso acelerador de partículas jamás construido. Cuesta 6 500 millones de francos suizos y se sitúa en un túnel circular de 27 kilómetros de circunferencia a 100 metros de profundidad a las afueras de Ginebra, entre Suiza y Francia.

En este colisionador subterráneo se aceleran dos haces de protones en direcciones opuestas hasta alcanzar el 99,99% de la velocidad de la luz y se les hace colisionar para producir cantidades inmensas de energía. Esto permite simular algunos de los eventos ocurridos justo después del Big Bang.

Las primeras colisiones se realizaron en octubre de 2008, pero se registró una avería que produjo una fuga de helio líquido en uno de los imanes superconductores. En 2009, se alcanzó una energía de 7 TeV (resultado del choque de dos haces de 3,5 TeV).

En 2012, el LHC volvió a operar con 4 TeV por haz (alcanzando una energía total de 8 TeV), pero los científicos decidieron destinar 20 meses a revisar y mejorar esta máquina.

En breve estará nuevamente en operación, esta vez con mucha más capacidad energética y para desarrollar un proyecto que durará 20 años.

Traducción del inglés: Andrea Ornelas