Un paseo por el CERN
◘ CIENCIA/TECNOLOGÍA ◘
El físico español Jesús Puerta, en el corazón del acelerador de partículas.
■ El experimento que cambiará la historia.
La vuelta ciclista al CERN.
Veintisiete kilómetros de túnel rodean al acelerador de partículas de este laboratorio CERN, así que no es extraño que para desplazarse necesiten medios de transporte. En la foto, el científico español Jesús Puerta, en una de las bicicletas que utilizan físicos y operarios.
El proyecto más ambicioso.
Tres mil personas, entre físicos, ingenieros, técnicos y operarios, trabajan en el CERN. Además, 6.500 científicos de todo el mundo investigan en el centro con regularidad. El Centro Europeo de Investigación nació en 1954 y su logro más conocido es la invención del WWW (World Wide Web).
Un gigante para buscar enanos.
La construcción del detector de muones es una de las fases más espectaculares. El disco central pesa 2.000 toneladas y se ubica a una profundidad de 100 metros. Servirá para buscar las minúsculas partículas supersimétricas.
¿De qué está hecho el universo? ¿Por qué el cosmos es como es? ¿Qué ocurrió inmediatamente después del big bang?
Siete mil personas de 80 países, entre ellos cien científicos españoles, ultiman, en el Centro Europeo de Investigación Nuclear (CERN), en Suiza, el acelerador de partículas más grande del mundo. Su puesta en marcha en 2008 ampliará las fronteras del conocimiento humano y protagonizará la mayor revolución tecnológica conocida.
El señor de los anillos no está en las lejanas y sombrías tierras de un libro de ciencia ficción. El anillo que puede transformar el mundo es real, mide 27 km de circunferencia y está oculto, a más de 100 metros de profundidad, cerca de Ginebra, bajo las verdes praderas que hay entre las fronteras de Suiza y Francia. En este círculo extraordinario se van a producir, en menos de un año, fenómenos antes nunca vistos que ampliarán la frontera de nuestro conocimiento sobre el universo y abrirán la puerta a nuevas dimensiones de la realidad.
Hablamos del nuevo acelerador de partículas LHC (Large Hadron Colision).
Su construcción, que ha requerido 20 años, como las antiguas pirámides de Egipto, ha sido llevada a cabo en el CERN (Centro Europeo para la Investigación Nuclear o Laboratorio Europeo de Física de Partículas, como ahora prefiere llamarse), en Suiza. Ahora mismo trabajan aquí 7.000 personas de más de 80 países. La presencia de España en este laboratorio colosal ha ido creciendo desde que se iniciara, en el año 1983. En la actualidad, 100 físicos españoles desempeñan un papel fundamental en la puesta a punto del acelerador, que terminará en 2008. Cuando este ingenio funcione, quizá tengamos que relatar la historia del universo de otra forma.
Alojado en un túnel, por las arterias de este acelerador correrán pronto torrentes copiosos de ínfimas partículas: los quarks. Lo harán por dos tubos al vacío, en direcciones opuestas y a una velocidad cercana a la de la luz, lo que les permitirá dar 11.000 vueltas por segundo al anillo. Debido a ello, al ojo humano sólo serán haces luminiscentes. Su verdadera identidad no podrá escapar, sin embargo, a la mirada de cuatro enormes detectores (LHCb, ATLAS, CMS Y ALICE) llamados en el CERN `los experimentos´. Situados estratégicamente a distancias equidistantes en el anillo, y tan grandes como catedrales, estos rastreadores son en realidad cámaras fotográficas, equipadas con sofisticados circuitos electrónicos, que registrarán y analizarán con extrema fidelidad y prontitud todo cuanto ocurra en el interior del círculo dorado.
Está previsto que, al llegar a estos santuarios, miríadas de partículas colisionen con una enorme energía y en un punto ínfimo. Al hacerlo, y en virtud de la fórmula descubierta por Einstein (E= mc2), según la cual la energía es igual a la masa por la velocidad de la luz al cuadrado y, por tanto, la masa a grandes velocidades puede convertirse en energía, y viceversa, las partículas se transformarán en otras nuevas partículas, aún más pequeñas, algunas desconocidas y otras ya sabidas, aunque poco estudiadas. La trayectoria de todas ellas, un enmarañado dibujo de haces de luz, será analizada por las diferentes partes de estos ultrasensores que, dispuestas de forma concéntrica como las capas de una cebolla, registrarán millones de sucesos por segundo. Luego, y gracias a un sistema informático llamado Trigger, serán capaces de transmitir los datos en cuatro milisegundos a una granja de entre 2.000 y 5.000 computadoras, donde se estudiarán, clasificarán y almacenarán.
Todo este ingenio titánico está oculto bajo la tierra. En la superficie, nada deja translucir la alta tecnología instalada bajo nuestros pies. A cielo abierto, un intrincado diseño de calles, por las que es difícil transitar sin ayuda de un mapa, dan cabida a los viejos edificios donde se aloja el CERN. Casi todos datan de 1954, fecha en que se fundó este laboratorio. En aquellos años, 12 países europeos decidieron aunar recursos financieros para atajar la fuga de cerebros a EE.UU., acaecida durante la Segunda Guerra Mundial.
Instalado en Suiza por ser territorio neutral,.
Desde entonces el CERN ha sido un ejemplo de cooperación internacional. «En él trabajan unos 7.000 físicos de los cuales hay un 85 por ciento europeos y otro 15 por ciento de países no miembros. España, con una financiación de algo más de 50 millones de euros anuales, ocupa el quinto puesto, detrás de Alemania, el Reino Unido, Francia e Italia», explica Manuel Aguilar, director del departamento de Investigación Básica en el CIEMAT (Centro de Investigaciones Energéticas Medio Ambientales y Tecnológicas) y delegado del CERN en España.
Uno de los 100 científicos españoles que trabaja en la construcción de este gigante subterráneo es Blanca Perea, que hace de cicerone durante parte de nuestra visita. «El LHC es la instalación con superconductores más grande del mundo. Es una maravilla y aquí la llamamos `la máquina´, nos comenta esta ingeniera industrial mientras avanzamos, a 100 metros bajo tierra, por el interior del túnel donde se aloja el acelerador.
Desde hace un año y medio Blanca forma parte del equipo que coordina las pruebas que se efectúan en el túnel para ultimar el acelerador. Así es que acude a diario al túnel. En el interior se respira humedad. «Algunos puntos están a más de 100 metros bajo tierra y ello nos ha supuesto ciertas dificultades con las aguas freáticas que ha habido que controlar.» Pero ni el frío ni la distancia –los científicos suelen recorrer este anillo kilométrico en bicicleta– disminuyen el entusiasmo de Blanca: «Aquí pueden verse con claridad los dos circuitos al vacío por los que avanzarán, en direcciones contrarias, los haces de protones. Unos 3.000 paquetes de partículas que contienen 100 billones de protones cada uno, se cruzarán 40 millones de veces por segundo en el centro de los experimentos, pero solamente 600 millones por segundo arrojarán resultados válidos». Todos estos acontecimientos quedarán registrados por cuatro detectores gigantes que aquí llamamos `los experimentos´, añade Blanca, y que son los `ojos´ o `cámaras fotográficas´ del acelerador de partículas.
Para controlar la dirección de las partículas a esas velocidades se han rodeado de unos 1.800 imanes superconductores. La superconductividad es la propiedad de algunos materiales a muy bajas temperaturas para transportar electricidad sin resistencia ni pérdidas de energía. «Aquí alcanzaremos –271 ºC, 1,9 grados por encima del cero absoluto. Este lugar será el más frío de la Tierra», explica Blanca. A esta temperatura, los materiales se contraerán de tal modo que algunas estructuras se acortarán hasta tres milímetros por metro. Fuelles, pies móviles y otros artefactos han sido instalados entre los imanes para salvar este efecto. «¿Es o no una maravilla?», nos pregunta.
Una vez que `la máquina´ se ponga a funcionar sólo entrarán en este túnel los encargados de mantenimiento. Así que es comprensible el estado de casi veneración con que los físicos caminan ahora junto al acelerador. «Esperamos con gran expectación los resultados. Quizá una vez más la realidad pruebe ser más fascinante que la teoría y se vuelvan a abrir nuevas ventanas en la física de partículas. Por eso trabajamos para que el acelerador entre en funcionamiento cuanto antes. El fallo de los imanes ocurrido el pasado mes de marzo se debió a un error de diseño y nos ha retrasado, aunque su importancia fue exagerada por algunos medios.»
La investigación del mundo subatómico no habría sido posible sin el desarrollo de los aceleradores de partículas que, tras ser inventados en los años 20 del siglo pasdo, producen haces de alta energía utilizando campos eletromagnéticos. Un gramo de materia contiene la asombrosa cantidad de 20 billones de calorías. Las partículas que se estudian en laboratorios como el CERN sólo tienen una milmillonésima de caloría, pero durante su colisión esa energía está concentrada en un espacio pequeñísimo, lo cual produce nuevas partículas que pueden ser estudiadas para penetrar en los secretos de la naturaleza.
Se puede indagar así, sobre todo, cómo las partículas se transfieren entre ellas las fuerzas –débil, fuerte, electromagnética o de gravedad–, que son el verdadero pegamento de la naturaleza y hacen al universo ser como es. En la actualidad, el trasiego de fuerzas entre partículas se explica según el `modelo estándar´ que, si bien se ha demostrado fidedigno en los experimentos, tiene grandes lagunas. «En las últimas décadas, el estudio de la estructura microscópica de la materia ha formulado una serie de cuestiones que esperamos encuentren ahora respuesta, en el CERN», explica Manuel Aguilar. Quizá así se pueda dar respuesta a preguntas como: ¿qué hace a las partículas adquirir distintos tipos de masa? ¿Cómo se transfiere la fuerza de la gravedad entre las partículas? ¿Por qué no es posible detectar la antimateria en el universo si tras la explosión del big bang ésta debió hallarse en la misma proporción que la materia? ¿O qué hizo a las partículas enfriarse tras la explosión original? En otras palabras, se trata de resolver grandes enigmas cosmológicos, tan antiguos como la misma civilización: ¿Qué es la materia? ¿Cuál es su origen? ¿Cómo permanece unida formando objetos tan complicados como las estrellas, los planetas o los seres humanos? Paradójicamente, solucionar estos acertijos científicos está redundando en una revolución tecnológica. Al igual que en su día la edificación de las grandes catedrales góticas hizo avanzar las técnicas de diseño y construcción, la física de partículas revolucionará la vida diaria, desde la medicina y los tratamientos contra el cáncer, hasta la protección al medio ambiente o la informática.
SUPERACELERADOR: Así se recreará el `big bang´
En un túnel gigante, el CERN ha instalado la mayor herramienta científica del mundo, el colosionador de partículas (LHC), una circunferencia de 27 kilómetros en la que se acelerarán, en dirección opuesta y a una velocidad cercana a la luz partículas, unas con carga positiva y otras con negativa. Cada vez que se crucen producirán 600 millones de choques por segundo, una `descarga´ similar al big bang, con la que se espera comprender el universo. Para ello, cuentan con cuatro detectores en el anillo:
4 CIENTÍFICOS ESPAÑOLES EN BUSCA DE RESPUESTAS
Frederic Teubert
Físico de investigación, es desde 2003 uno de los pocos científicos contratados por el CERN de forma permanente. «Desde 1997 trabajo en el diseño y construcción del LHCb, donde se detectarán los quarks, y en el Trigger, un sistema informático enorme que, en cuatro microsegundos, decidirá qué suceso guardar, y cuál no, de los más de diez millones de colisiones de partículas que se producirán por segundo.»
Valeria Pérez
Desde hace cinco años trabaja en el equipo del detector ATLAS (A Toroidal LHC Apparatus), con el que se trata de localizar al esquivo bosón de Higgs.
Pedro Ladrón de Guevara
Este físico lleva 44 años investigando la Física de Alta Energía. «He trabajado en el IFIC (Valencia) o el CIEMAT (Madrid) y desde hace un año colaboro en el CERN en el detector ALICE (A Large Ion Collider Experiment) para averiguar qué ocurrió inmediatamente después del big bang». Construirlo no ha sido fácil. Pesa tanto como la Torre Eiffel, aunque es tan pequeño que cabría bajo uno de sus pilares.
Jesús Puerta Pelayo
Físico experimental, ha contribuido a diseñar y construir algunos de los componentes del CMS (Compact Muon Solenoid), que intentará detectar, como ATLAS, cualquier ‘suceso’ producido por las colisiones. Jesús asegura haber perdido aquí el miedo a las alturas, mientras nos muestra el enorme pozo por el que han descendido a 100 metros de profundidad las `rodajas´ de 15 m de diámetro y de entre 200 y 2.000 toneladas de peso que componen CMS y que, una vez ensambladas, alcanzarán los 21 m.
Miguel Ángel MarQuina: EN LA BIBLIOTECA INFORMÁTICA
Cada vez que el acelerador de partículas se pone en marcha, se producen billones de ‘sucesos’ físicos. «Sus características son analizadas por un sistema electrónico ultrarrápido llamado Trigger, que decide qué datos son susceptibles de revelar nuevos fenómenos y cuáles no. A continuación, la información se almacena en silos robotizados, bibliotecas informáticas que permiten el tratamiento de dichos datos», explica Marquina. Físico de formación, trabaja desde hace 19 años en el Centro de Computación del CERN. «Desde que llegué, tuve la sensación de entrar en la meca de la física», confiesa.
«Ahora está teniendo lugar una nueva revolución tecnológica con el sistema GRID», dice. Los científicos de todos los países asociados al CERN han decidido, en una iniciativa sin precedentes, compartir sus recursos por el bien común. Es un sistema que tendrá aplicaciones en muchos campos. «Por ejemplo, a través del GRID, médicos de cualquier parte del mundo podrían introducir los parámetros de su paciente y compararlos con todos los casos a su disposición para obtener un diagnóstico más preciso y rápido.»
¿Por qué se estudian las partículas?
Porque todo está hecho de ellas. Desde que los griegos Leucipo y Demócrito defendieran que estamos hechos de átomos en movimiento, cuyas colisiones producen los cuatro elementos básicos que forman todo lo que existe, hemos recorrido un largo camino. Hoy sabemos que el átomo está formado por electrones que giran alrededor de un núcleo de protones y neutrones, compuestos a su vez por quarks y gluones, los ladrillos más ínfimos del cosmos. Los leptones (electrón, muón y tauón) y sus tres neutrinos completan la familia.
Esas partículas están unidas por cuatro fuerzas (electromagnética, fuerte, débil y de la gravedad), transmitidas, respectivamente, por fotones, gluones, bosones W y Z, y el gravitón, una partícula aún no descubierta, que se espera encontrar gracias al LHC. Ese hallazgo, junto con el del bosón de Higgs, permitiría entender mejor el Universo y su formación tras el big bang.
Pero no sólo de física de partículas vive el CERN. Sus hallazos también han supuesto avances en la vida diaria:
[Fuente: elmundo ]
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