¿Para qué sirve el LHC?

Un artículo de Miguel Ángel Sanchis Lozano, catedrático de Física Teórica de la Universitat de València y miembro del Instituto de Física Corpuscular e investigador del CSIC.

En cierta ocasión a mediados del siglo XIX, sir William Gladstone, entonces primer ministro británico, preguntó intrigado al científico Michael Faraday sobre la utilidad de aquellos extraños fenómenos sobre los que estaba investigando. La respuesta de Faraday fue que lo desconocía en ese momento, pero que al cabo de unos años su gobierno probablemente ya los habría gravado con un impuesto. No iba muy descaminado: Faraday estudiaba la corriente eléctrica y el magnetismo. Es ese un tipo de pregunta que se plantea con frecuencia de modo crítico a los investigadores en ciencias básicas, generalmente con una insuficiente perspectiva de futuro.

¿Para qué ha servido que Copérnico, Galileo, Brahe, Kepler y otros muchos astrónomos pasaran horas y horas observando los astros en el firmamento, o estableciendo con paciencia infinita las leyes que rigen su movimiento? Baste con decir que las predicciones meteorológicas modernas se basan en las imágenes por satélite, en el radar…

¿Acaso puede alguien pensar en poner un satélite en órbita sin conocer las leyes de Newton, o diseñar una estación de radar sin entender las leyes del electromagnetismo?

El LHC (siglas en inglés de 'Large Hadron Collider') es un gran proyecto de ciencia básica en el que intervienen miles de científicos e ingenieros de cientos de laboratorios y universidades de todo el mundo, como un ejemplo de cooperación pacífica internacional. Su finalidad es explorar y extender la frontera del conocimiento de la física (que deriva del griego physis, naturaleza) haciendo colisionar protones que circulan a velocidades cercanas a la luz en sentidos opuestos a lo largo de un anillo de unos 27 kilómetros de circunferencia, ubicado a 100 metros de profundidad cerca de la ciudad suiza de Ginebra. El conjunto del acelerador por el que circulan los haces de protones está enfriado a 271 grados Celsius bajo cero para conseguir que una intensa corriente eléctrica circule sin apenas resistencia por los imanes superconductores, creando un campo magnético que curva las trayectorias de los protones a lo largo del anillo.

Cuatro grandes experimentos
Investigadores del CERN. AFP
Son cuatro los grandes experimentos que se llevarán a cabo en el LHC, cubriendo diversos aspectos de la física de altas energías, complementándose y al mismo tiempo asegurando una adecuada comprobación cruzada de los resultados (cross check), fundamental en la ciencia. Además, experimentos programados en otros aceleradores más pequeños (como en las denominadas B factories) y, por supuesto, el extraordinario flujo de información procedente de la física de astropartículas, más los severos condicionantes impuestos por la astrofísica y la cosmología, implican que los resultados del LHC no deben contemplarse aisladamente, sino dentro de una amplia perspectiva de progreso científico y tecnológico.

Sin embargo y pese al importante impacto mediático que ha tenido y tiene el LHC, en parte propiciado por la película 'Ángeles y Demonios' y un desgraciado accidente que tuvo lugar a finales de 2008 como consecuencia de una fuga de helio líquido, existe un gran desconocimiento sobre los objetivos de la investigación por parte del público en general e, incluso, por científicos de otras áreas de conocimiento; y no es de extrañar.

Ciertamente no resulta fácil, por ejemplo, explicar porqué el LHC permitirá conocer los instantes posteriores al 'Big Bang', la gran explosión que se supone creó el universo hace unos 13.700 millones de años, pese a que la energía de cada protón acelerado no supera la energía cinética en vuelo de un mosquito. ¿Podrían dos mosquitos chocando entre sí producir semejante explosión? Sin duda no, pero si concentramos la energía en una pequeñísima región del espacio al colisionar dos protones de frente, entonces la densidad de energía liberada puede en efecto recrear las condiciones del universo primitivo, una minúscula fracción de segundo tras el Big Bang.

Futuras aplicaciones en diversos campos
Así, podrían emerger nuevas 'especies' de partículas muy pesadas hasta ahora desconocidas a partir de una colisión violenta entre protones, desintegrándose rápidamente pero dejando una 'lluvia de partículas ordinarias' que atravesarán los detectores, creando una huella electrónica para un detenido estudio posterior mediante el GRID, un revolucionario sistema de computación que involucra decenas de miles de ordenadores situados en todo el planeta conectados por Internet. El GRID podrá aplicarse en el futuro a campos muy diversos de la ciencia, como meteorología, biomedicina y farmacología, ciencias de la Tierra…

Es posible, sin embargo, que no todas esas nuevas partículas sean inestables, y alguna podría ser el constituyente básico de la materia oscura, descubierta mediante el estudio de la dinámica de galaxias.

Lo pequeño y lo grande se presentan como facetas complementarias de un conocimiento común de la naturaleza.

Precisamente conocer la razón por la que las masas de las partículas en la naturaleza son tan diversas es uno de los objetivos básicos del LHC: el descubrimiento del 'bosón de Higgs', último eslabón que falta del paradigma actual de la física de partículas y nuclear. El bosón de Higgs no es partícula de materia (como podría ser el electrón), ni de interacción (como podría ser el fotón); a veces se la ha denominado como la partícula de Dios. Se argumenta que el 'bosón de Higgs' podría ser, de hecho, un portal hacia la llamada Nueva Física, una nueva revolución científica como pudo ser la teoría de la relatividad de Einstein en su momento.

En tal sentido, en el LHC se podrían crear miniagujeros negros en las colisiones entre protones sólo si la gravedad se hace mucho más fuerte que lo esperado a distancias muy cortas, lo cual implica la existencia de dimensiones espaciales extra (más allá de las tres habituales), una fantástica posibilidad de ciertas teorías físicas (como la teoría de cuerdas) que supera cualquier ficción.

¡Para nada es aburrido el LHC!

Pero tranquilos, tales miniagujeros negros, si se produjeran, han de evaporarse emitiendo partículas ordinarias casi al instante de formarse, como predijo Stephen Hawking. No hay peligro alguno.

Si acelerador, detectores y sistemas de computación del LHC funcionan correctamente en el futuro, como es de esperar, no sabemos con certeza hoy por hoy qué fascinantes descubrimientos y nuevas ideas nos aguardan en esta aventura del saber, aunque lo sospechamos: materia y energía oscuras, miniagujeros negros y dimensiones 'extra' curvadas, supercuerdas...

Tras unos años de funcionamiento del LHC, sin duda sabremos bastante más sobre la naturaleza, y eso nos hará más sabios, es decir más 'personas'. Al fin y al cabo, nuestra especie se denomina Homo Sapiens.