La “maldición” del bosón de Higgs

Los físicos de partículas intentan superar la crisis post-bosón con una nueva oleada de experimentos en el LHC al doble de potencia
Hace unos días, un joven ingeniero español entró en una jaula metálica de color verde y se quedó inmóvil mirando a un pequeño rectángulo que reflejaba sus ojos. Cuando la máquina reconoció sus iris una puerta le dejó pasar al otro lado. Después se subió a un ascensor presurizado que le llevó a 100 metros bajo tierra. De su cuello colgaban su tarjeta de identificación y un dosímetro para medir la radiación. En los pasillos había carteles que avisaban del riesgo de desmayo por la aspiración de gases tóxicos. Al llegar abajo, tras franquear todas las puertas y llegar a una enorme cueva de hormigón con pinta de instalación industrial, preguntó a los periodistas que le acompañaban: “¿Sabéis por qué el LHC está construido a 100 metros bajo tierra?”.

El ingeniero se llama Joan Mauricio Ferré y es uno de los 840 miembros de la colaboración LHCb, uno de los experimentos del Gran Colisionador de Hadrones (LHC). Este acelerador de partículas descubrió el año pasado el bosón de Higgs, un hallazgo esperado desde hacía medio siglo. Para producir esta partícula el LHC tuvo que generar uno de los vacíos más vacíos del Sistema Solar, una temperatura más fría que el espacio interestelar y poner a punto miles de imanes “que generan la misma energía que un portaaviones en movimiento”, según explicaba hace unos días José Miguel Jiménez, un ingeniero nacido en Granada que ha sido elegido como nuevo jefe del Departamento de Tecnología del laboratorio europeo de física de partículas CERN, con sede en Ginebra. Pero, volviendo a la pregunta de Mauricio, ¿por qué a 100 metros bajo tierra? “La seguridad es la explicación oficial, en realidad es porque es mucho más barato; imagínate cuántos millones de euros hubiera costado expropiar todas las tierras necesarias para construir un acelerador de partículas de 27 kilómetros de diámetro en la superficie de Suiza y Francia”, dice con sorna.

El martes, mientras Peter Higgs y François Englert recogen en Estocolmo su Nobel de Física por haber predicho al milímetro el higgs y comen en el banquete de gala, cientos de físicos, ingenieros y operarios en el LHC seguirán preparándose para una batalla mucho más dura que encontrar el bosón. En estos momentos la gran máquina está parada y en boxes. Jiménez supervisa los trabajos de arreglar 10.000 conexiones entre imanes y otras tareas que permitirán que el mayor acelerador de partículas del mundo funcione al doble de potencia en 2015. Por ahora nadie sabe qué verán los detectores del LHC funcionando a esa energía porque nunca otra máquina la ha alcanzado. La mayor esperanza es lograr un descubrimiento que abra una nueva era en la física.

“Es muy deprimente”, reconoce Luis Álvarez-Gaumé, un veterano físico español en el CERN que no esconde su decepción ante el panorama actual. Según este experto, haber descubierto el higgs es el peor de los escenarios posibles porque deja a la física de partículas enclaustrada en lo ya conocido, sin acceso a nada desconcertante que pueda llevar a un cambio de paradigma equiparable a la relatividad de Einstein. “El higgs es una maldición para nosotros”, clama el teórico.

A pesar de su importancia, el bosón de Higgs es más de lo mismo. La producción de esta partícula en el LHC ha sido la comprobación definitiva del Modelo Estándar, una teoría que se empezó a construir a principios de los 60 y que describe el comportamiento de las partículas elementales que componen el mundo visible. El bosón era la última pieza que faltaba para clavar el modelo y, por ahora, los higgs producidos en el LHC son exactamente iguales a los que Higgs, Englert y otros teóricos predijeron a mediados de los 60.

El bosón y el modelo estándar contribuyen a explicar el 4% del universo, el que compone las estrellas, la Tierra, los átomos que forman nuestros cuerpos, todo lo visible, pero nada del 96% restante. Esa inmensidad desconocida está hecha de materia oscura, que compone el 22% del cosmos, y energía oscura, que forma el 74% restante. De estas dos, a fecha de hoy, no se tiene evidencia directa, aunque la masa de las galaxias y la aceleración constante del universo indican que existen.

De las dos incógnitas, la única al alcance del LHC es la materia oscura y puede decirse que esta fue la verdadera razón por la que se construyó este experimento de 3.000 millones de euros en el que trabajan 7.000 científicos de 60 países, incluidos enemigos como Pakistán e India o Israel y Palestina. La materia oscura “sería un descubrimiento muchísimo más importante que el higgs”, reconoce Antonio Pich, director del Centro Nacional de Física de Partículas , Astropartículas y Nuclear.

Encerrados en un mundo estándar


Ahora la gran pregunta es si el LHC podrá hollar territorio desconocido, hasta la llamada “nueva física” que permita explicar el misterio de la materia oscura. Esta puede aparecer en el contexto de la supersimetría, una teoría que predice que por cada partícula conocida hay otra “supercompañera”. La supersimetría supondría, entre otras cosas, la existencia de hasta cinco higgs, dice Pich. Para alcanzarla hay que poder producir partículas con más masa que el Higgs y para ello hay que funcionar a más energía. “Te lo dice la ecuación más famosa de Einstein, E=mc², energía es igual a masa por velocidad de la luz al cuadrado. A más energía, aparecerán partículas con más masa”, explica Pich. Entre todas las nuevas partículas supersimétricas, la partícula más ligera, en teoría la más alcanzable para el LHC, sería la candidata a formar la materia oscura, un trofeo científico que dejaría pequeño al higgs e inauguraría esa nueva era de la física. Lo malo es que nadie sabe si la supersimetría está a un paso o a energías inalcanzables para el LHC. El miedo a quedarnos encerrados en nuestro 4% del universo es grande.

“Realmente espero que abramos una ventana para saber qué es la energía oscura”, explica Rolf Heuer, director general del CERN. Pero incluso él, acostumbrado a vender los logros del CERN ante gobiernos de medio mundo para justificar su financiación, es cauto. “La supersimetría es muy atractiva pero contiene muchos modelos diferentes y es muy difícil establecer cuál es el verdadero”.

El jefe de todo esto no tiene prisa. Dice que los planes son mantener el LHC en funcionamiento hasta la década de 2030. Para entonces el acelerador puede convertirse en una “fábrica de higgs”. Otra posibilidad es que se construya una megamáquina de 80 kilómetros de diámetro y una potencia que multiplicaría la actual del LHC por más de 10. “Todo depende de los resultados que obtengamos”, dice. Y del presupuesto, claro.

 


Una máquina de descubrimiento


¿Bastará doblar la potencia para alcanzar la supersimetría? “Personalmente no creo que vaya a pasar porque tampoco será un cambio tan grande en términos de energía”, opina Frederic Teubert, un físico experimental del experimento LHCb. Entonces, la única otra manera de obtener “nueva física” sería de forma indirecta. Puede que las partículas supersimétricas estén a un rango de energía inalcanzable, pero si existen, en teoría influirían en el resto generando un mayor número de desintegraciones “raras”, explica Teubert. Si tampoco eso sucede, habrá que esperar a que la gran máquina pase por otras dos reparaciones.

La segunda, que comenzará en 2020, multiplicará por 10 la luminosidad del acelerador, es decir, el número de colisiones de protones que se obtienen (unos 20 millones por segundo en la actualidad). Por un lado esto será un enorme dolor de cabeza para los dos grandes detectores ATLAS y CMS. “De cada 30 colisiones que vemos solo una es interesante, multiplicar la luminosidad generará mucha más basura”, reconoce Isidro González, físico de la Universidad de Oviedo que ha trabajado en CMS. La mejora causará una radiación de neutrones que quemaría los equipos informáticos que hay instalados en el túnel del LHC, a 100 metros bajo tierra. Por eso, antes de arrancar, Jiménez y otros responsables tendrán que usar cientos de toneladas de acero para forrar los túneles y sacar a la superficie parte de los ordenadores.

De vuelta a la teoría, Álvarez-Gaumé cree que, a pesar de la crisis post-bosón, el LHC es la mejor máquina posible. “No hay garantías de que aparezca la supersimetría y ahora hay tantos escenarios posibles que estamos prácticamente a ciegas”, reconoce. Desde que el LHC empezó a funcionar en 2009 no ha habido ni rastro de nueva física y lo mismo ha sucedido en todos los experimentos del mundo que buscan rastros de materia oscura o cualquier otro fenómeno que se salga de la física conocida. Ante esta situación, señala, “tener el LHC es bueno, porque es una máquina de descubrimiento capaz de explorar muchas posibilidades”, concluye.



 

Vía Materia

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