junio 26, 2022

Necesitamos aceleradores de partículas mucho más grandes. O no. El debate está encima de la mesa

Necesitamos aceleradores de partículas mucho más grandes. O no. El debate está encima de la mesa

El LHC (acelerador de partículas) y los detectores con los que trabaja codo con codo son un auténtico prodigio. De hecho, son algunas de las máquinas más complejas y avanzadas construidas por el ser humano hasta la fecha. Sin embargo, a pesar de su sofisticación no son inmunes al paso del tiempo. Los científicos necesitan modificarlas con cierta frecuencia para que les resulten de ayuda en los nuevos experimentos que poco a poco van ideando.

A finales de 2018 el LHC cesó su actividad con un propósito: debía ser modificado, entre otras razones, para incrementar la potencia de los inyectores que introducen los haces de partículas en el colisionador. Durante la fase anterior de actividad los haces de protones adquirían una energía de 6,5 TeV (teraelectronvoltios), pero en la actual esta cifra se incrementará hasta alcanzar los 6,8 TeV.

La estrategia del CERN consiste en alternar los ciclos de actividad y parada del LHC sucesivamente para permitir a los científicos introducir en este acelerador las modificaciones que necesitan. No obstante, estas mejoras pueden perseguir dos fines diferentes. Uno de ellos consiste en incrementar la luminosidad del acelerador, y el otro requiere trabajar con un nivel de energía más alto.

En cualquier caso, ambas opciones tienen algo en común: conllevan la puesta a punto de nueva tecnología. Durante la próxima fase de parada, que llegará en 2024, los técnicos del CERN modificarán el LHC para incrementar su luminosidad, un parámetro que mide cuántas potenciales colisiones de partículas se producen por unidad de superficie y tiempo. Y, si todo va como está previsto, en 2028 empezarán los experimentos en el LHC de alta luminosidad.

El CERN está diseñando un nuevo acelerador circular de 100 km de circunferencia

Los científicos del CERN lo tienen claro: necesitan 21 000 millones de euros para construir su próximo gran acelerador de partículas. El sucesor del actual LHC que nos ha permitido, entre otros logros, dar con el bosón de Higgs. El 19 de junio de 2020 la dirección de esta institución aprobó por unanimidad el proyecto de construcción de un nuevo acelerador de partículas circular que tendrá nada menos que una circunferencia de 100 km (la del actual LHC mide 27 km).

El sucesor del LHC tendrá 100 km de circunferencia y perseguirá ayudarnos a ir más allá del modelo estándar sobre el que se erige la física actual

Esta máquina perseguirá un objetivo muy ambicioso: permitirnos elaborar nueva física. Ir más allá del modelo estándar sobre el que se erige la física actual. Y para hacerlo posible comenzará colisionando electrones y positrones, que son, precisamente, las antipartículas de los electrones. Este experimento pretende arrojar luz sobre las propiedades del bosón de Higgs, pero esta es solo la punta del iceberg.

Este proyecto está dividido en dos etapas. La primera comenzará, según sus planes iniciales, en 2038, y requerirá excavar un túnel circular con una circunferencia de 100 km muy cerca de la ubicación del actual LHC. Dentro de ese túnel construirán un acelerador de electrones y positrones que tendrá la energía necesaria para maximizar la producción de bosones de Higgs en el instante en el que se produzca la colisión de estas partículas.

El futuro acelerador de electrones y positrones tendrá la energía necesaria para maximizar la producción de bosones de Higgs

Además del propio acelerador los científicos involucrados en este proyecto tendrán que construir un detector que consiga recabar toda la información que necesitan acerca de las partículas que se generarán en cada colisión. La complejidad de este instrumento es tan alta, o más si cabe, que la del propio acelerador de partículas, lo que nos permite formarnos una idea bastante precisa acerca de la envergadura de este proyecto.

Cern

Durante las fases de parada los ingenieros y físicos del CERN introducen modificaciones en el LHC para que sea posible llevar a cabo nuevos experimentos que, con un poco de suerte, podrían ayudarnos a ir más allá del modelo estándar.

La primera etapa del proyecto concluirá a mediados de este siglo, y una vez que ese acelerador haya cumplido su propósito será desmantelado por completo para construir en su lugar otro acelerador circular capaz de trabajar a nada menos que 100 TeV (teraelectronvoltios). Este nivel de energía es monstruoso; de hecho, el actual LHC trabaja con una energía de 16 TeV, lo que nos permite hacernos una idea de lo ambiciosa que es esta segunda etapa del proyecto, que se dilataría hasta finales de este siglo.

Este segundo acelerador no colisionará electrones y positrones; pretende trabajar con protones, unas partículas que tienen una masa unas 1836 veces mayor que la de los electrones. Nadie sabe qué nuevos hallazgos podrán hacer los físicos utilizando una herramienta tan poderosa, pero sin duda un acelerador diseñado para trabajar con un nivel de energía tan alto jugará un rol crucial en la búsqueda de la tan ansiada nueva física. Quién sabe, quizá a partir de ahí podamos dejar atrás el actual modelo estándar. Esta es la auténtica razón de ser de un proyecto tan ambicioso como este.

Los críticos prefieren muchos experimentos más pequeños a uno tan grande y costoso

La comunidad científica es grande, y no todos los físicos reman en la misma dirección. Como acabamos de ver, muchos de ellos apuestan por invertir recursos en un acelerador de partículas más grande y ambicioso que el actual LHC que les permita llevar a cabo nuevos experimentos, pero otros defienden que es preferible destinar esa inversión a otras instalaciones más pequeñas y mucho menos costosas.

España recupera el dinero que invierte en el CERN con un retorno del 300%. Invertir en ciencia siempre es una buena idea

Kenneth Burch, investigador y profesor de física en el Boston College, ha reparado en que algunos equipos, como el que él mismo lidera, han hecho grandes hallazgos durante los últimos años en el ámbito de la física de partículas empleando instrumentos relativamente simples y no aceleradores de partículas. De alguna forma Burch y los investigadores que comparten su línea de pensamiento abogan por diseñar muchos experimentos ingeniosos y pequeños en vez de solo unos pocos mucho más complejos y costosos.

No cabe duda de que es una forma de verlo. Es difícil prever cuál de estas dos estrategias nos permitiría obtener mejores resultados a medio y largo plazo, pero lo que no está en discusión es que invertir en ciencia merece la pena. En esto todos los científicos (al menos con los que nosotros hemos tenido la oportunidad de hablar) están de acuerdo. Y lo están debido a que las cifras les respaldan. Durante la conversación que mantuvimos con él, el físico y divulgador Javier Santaolalla nos aseguró que España recupera el dinero que invierte en el CERN con un retorno del 300%. Invertir en ciencia siempre es una buena idea. Y funciona.

Imágenes: CERN | CERN (Anna Pantelia)


La noticia

Necesitamos aceleradores de partículas mucho más grandes. O no. El debate está encima de la mesa

fue publicada originalmente en

Xataka

por
Juan Carlos López

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