Diez años del Gran Colisionador de Hadrones

Desmetáfora

Una década después de su puesta en marcha la lista de descubrimientos, desarrollos tecnológicos y éxitos científicos es larga
El físico mexicano realiza un recuento de los éxitos del proyecto y nos platica los planes para el futuro (Foto: Maximilien Brice)

Gerardo Herrera Corral

El Gran Colisionador de Hadrones (LHC) del Centro Europeo de Investigaciones Nucleares (CERN, por sus siglas en inglés), que se encuentra en Ginebra, comenzó mal. Un accidente días después de la inauguración dañó un segmento largo del gigantesco anillo de 28 kilómetros. Después del incidente, las reparaciones tardaron un año, pero el retorno del LHC al escenario de la gran ciencia fue tan exitoso que superó todas las expectativas. 

El acelerador más grande jamás construido se encuentra a más de 100 metros por debajo del nivel del suelo en un túnel con apenas cuatro metros de diámetro. Ahí se lleva a los protones y a los iones de plomo a velocidades muy cercanas a la de la luz para hacerlos chocar. Arriba, los campos de cultivo verdes en verano, blancos y grises en invierno, no dan señas superficiales de lo que ocurre en la profundidad del subsuelo. El valle entre los Alpes suizos y los Montes Jura franceses da cabida al lago Leman, a Ginebra —ciudad de los grandes bancos, las industrias de relojería y los chocolates—, a viñedos, ríos y pueblos dispersos. El laboratorio es parte del paisaje y rebasa la frontera entre Francia y Suiza de la misma manera que los objetivos del gran experimento superan la imaginación. 

En diez años de trabajo la lista de los grandes temas es encabezada por el descubrimiento del Higgs —bosón que es más, pero no mejor, conocido como “partícula de Dios”—. Este hallazgo fue decisivo para que el Premio Nobel de 2013 se otorgara a los proponentes de la existencia de esta singular partícula. Abrió además un campo de investigación nuevo que nos dará, con el tiempo y un ganchito, una mejor comprensión de la estructura y el origen del Universo. 

Otro gran descubrimiento es la naturaleza líquida del plasma de quarks y gluones. El estudio de este nuevo estado de la materia nos revela un líquido perfecto en contraposición con todas las expectativas. La sopa de quarks y gluones se ha producido de manera controlada en el laboratorio a una temperatura de más de 5 mil millones de grados centígrados y su estudio nos puede decir mucho del universo temprano, cuando éste tenía un microsegundo de edad. 

Las publicaciones donde se anuncian estos dos hits de la ciencia moderna están entre las diez de mayor impacto que el proyecto Gran Colisionador de Hadrones ha producido.

Por el lado tecnológico, la radiografía en color se anuncia en redes sociales con las primeras imágenes en seres humanos. El interior del cuerpo genera color con los componentes químicos que constituyen los órganos, y un nuevo dispositivo permite verlos. Esta manera de mirar nuestro interior permitirá contar con diagnósticos médicos más certeros. Puede parecer extraño pero es así: la radiografía en color es una invención del proyecto Gran Colisionador de Hadrones. 

Mientras tanto, la comprensión de muchos fenómenos microscópicos sigue adelante con mediciones de gran precisión. Se ha reportado la observación de arreglos de cuatro quarks a los que se llaman tetraquarks; se han medido procesos que indican la existencia de física nueva y en fechas recientes la colaboración Alice analizó los datos que se tomaron el año pasado con iones de Xenón para ver la manera de medir la viscosidad que predice la teoría de cuerdas a través de la dualidad de Maldacena. Al comparar la manera en que fluye la materia inmediatamente después de la colisión, se puede ver que esta viscosidad es muy pequeña, lo que confirma de manera aún muy vaga lo que está previsto por la teoría más conocida que promete la unificación de todas las fuerzas. Las observaciones en Alice son el primer contacto de la teoría de cuerdas con lo que puede ser medido. 

El pasado mes de julio el Gran Colisionador de Hadrones aceleró átomos. Por diez años solo había impulsado protones y iones de plomo que no llevan consigo ni un solo electrón. El miércoles 25 de julio se inyectaron átomos de plomo con un electrón. El éxito de las pruebas para acelerar átomos abre la posibilidad de utilizar aceleradores como fábricas de rayos gamma. Y es que para producir los iones totalmente desnudos que se aceleran de manera cotidiana en el Gran Colisionador los átomos de plomo son despojados paso a paso de sus 82 electrones. Para esto, se calienta una muestra de plomo altamente puro a 800 grados centígrados. Al vapor de plomo se le hace pasar una corriente eléctrica, lo que produce iones con diferentes grados de carga eléctrica. En este proceso, a los iones de plomo generados con la mayor carga le faltan 29 electrones. A estos se los selecciona para luego hacerlos pasar por una delgada hoja de carbón que arranca más electrones y luego una segunda vez para dejarlos completamente desnudos. Todo esto ocurre de manera cotidiana. Lo novedoso ahora es que se seleccionaron aquellos iones que se quedan con un electrón. Esto los convierte en átomos ionizados que pueden ser acelerados. La diferencia con los iones totalmente desnudos es que el electrón que queda formando al átomo puede ser estimulado con luz láser. Es decir que el electrón puede ser llevado a un estado de mayor energía para que luego se estabilice emitiendo luz. Puesto que la emisión se lleva a cabo en un átomo a gran velocidad —por la aceleración a la que está sujeto—, se producirá un efecto Doppler que corre la frecuencia de la luz emitida. Mediante esta técnica se pueden lograr rayos gamma muy penetrantes.

Las posibilidades tecnológicas de esta radiación son enormes. Puede ser usada para indagar la estructura de la materia, para analizar nuevos materiales y en muchas aplicaciones más. 

Después de sus primeros diez años de vida, el Gran Colisionador de Hadrones sigue siendo noticia. Hace unos días comenzaron los trabajos de lo que será su segunda vida. El nuevo Gran Colisionador de Hadrones se llamará HiLumi LHC, que en español sería Gran Colisionador de Hadrones de Alta Luminosidad. El acelerador renovado estará listo en 2026 y será capaz de producir más colisiones por segundo que su versión actual. Durante los diez años que seguirán a 2026 los experimentos acumularán más datos que los que se logren registrar con el actual Gran Colisionador de Hadrones. Para tener una idea de lo que eso significa, baste decir que en 2017 se produjeron 3 millones de bosones Higgs en las colisiones. Después de las modificaciones, en un solo año se producirán 15 millones. 

Las excavaciones para hacer esto posible ya dieron inicio. Solo los materiales de la transformación del acelerador más grande del mundo cuestan aproximadamente 18 mil millones de pesos. Para hacerlo posible, trece países contribuyen en este proyecto. Es mucho dinero, pero la idea de darle una segunda oportunidad a temas de física como la súper simetría bien los vale. El potencial de descubrimiento es enorme y sería una pena no usar la infraestructura que ya existe. 

La actualización del Gran Colisionador alimenta la imaginación de los físicos que generan ideas sobre todo lo que podría ser visto cuando el número de colisiones sea tal que fenómenos muy poco probables salgan a la luz. 

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