05/Jun/07

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Un 'Big Bang' a 100 metros bajo tierra

El CERN está a punto de finalizar la construcción del mayor acelerador de partículas. Se simulará el nacimiento del Universo para detectar componentes elementales.

Simular el nacimiento del Universo no es una tarea sencilla. Primero hay que excavar un túnel subterráneo a 100 metros de profundidad, en cuyo interior se debe construir un anillo metálico de 27 kilómetros, enfriado por imanes superconductores cuya función es mantener una temperatura muy fresquita, nada más y nada menos que de 271 grados bajo cero.

A continuación, hay que añadir a la receta dos puñados de protones, lanzados al vacío de este tubo subterráneo en direcciones opuestas, y a una velocidad inimaginable que prácticamente debe rozar la de la luz. Es entonces cuando las múltiples colisiones de partículas que se produzcan en el interior del anillo reproducirán las condiciones que existían inmediatamente después del Big Bang, ese descomunal estallido cósmico que dio el pistoletazo de salida a nuestro mundo.

Todo esto podría parecer sacado directamente de una película futurista inspirada en la última novela de Arthur C. Clarke, pero no estamos hablando de ciencia ficción. En el corazón de la cordillera del Jura, justo en la frontera entre Francia y Suiza, el Centro Europeo de Investigaciones Nucleares (CERN), está ultimando la construcción del Gran Colisionador de Hadrones (LHC, por sus siglas en inglés), el acelerador de partículas más grande y potente del mundo.

Una vez que se instalen todos los componentes de esta faraónica instalación científica –cuyo coste total supera los 40.000 millones de euros y ha tardado más de 15 años en construirse–, unos 10.000 investigadores de 500 instituciones académicas y empresas esperan descubrir nuevas claves sobre la naturaleza de la materia y los ladrillos fundamentales de los que se compone el Universo.

Cuando el LHC entre en funcionamiento, previsiblemente en los primeros meses de 2008, las partículas que se inyecten en su interior colisionarán aproximadamente 600 millones de veces por segundo, desencadenando la mayor cantidad de energía jamás observada en las condiciones de un laboratorio. Para los impulsores del proyecto, se trata de una de las aventuras científicas más ambiciosas y apasionantes en toda la historia de la Física. Desde luego, trabajo no les va a faltar a los investigadores de toda la comunidad científica internacional que se dedican a intentar desentrañar las partículas más elementales de la materia: se calcula que cada año, el LHC producirá tantos datos que se necesitaría una pila de CDs de una altura de 20 kilómetros para almacenar toda la información generada por sus experimentos.

En las entrañas subterráneas del CERN

"El trabajo que se lleva a cabo en el CERN constituye una contribución muy importante al conocimiento de la Humanidad para comprender el mundo que nos rodea", asegura Juan Casas, un ingeniero de nacionalidad española –aunque nacido en Colombia y formado en Suiza– que ha participado en el desarrollo del LHC e hizo de guía en la visita que realizó la semana pasada EL MUNDO a las entrañas subterráneas del CERN. Son sobre todo dos inmensas preguntas, tan antiguas como la curiosidad del Homo sapiens, las que inspiran el trabajo de los científicos y técnicos que trabajan en esta impresionante caverna: ¿De qué se compone la materia de nuestro Universo? Y, ¿cómo llegó a convertirse en lo que es? Nuestro viaje al interior de este espectacular simulador del Big Bang se inicia en el lado francés de la frontera, donde se ubica el Centro de Control del CERN, una gran sala repleta de ordenadores con enormes pantallas (tres para cada operario), que recuerda un poco a la clásica imagen de los controladores de la NASA en Houston. De hecho, la complejidad de las instalaciones y los experimentos del CERN no es menos impresionante que la de una misión espacial.

Aquí es donde, una vez que se ponga en funcionamiento el LHC, los técnicos deberán asegurarse de que todas las condiciones necesarias para la buena marcha del experimento estén bajo control: por ejemplo, los sistemas criogénicos que deben mantener ese inimaginable frío de 271 grados bajo cero o los campos electromagnéticos que deben asegurar que la aceleración de los haces de partículas recorran los 27 kilómetros del anillo subterráneo a un 99,99% de la velocidad de la luz.

Si todo sale como previsto y se cumplen todas las expectativas de los científicos, se calcula que cada segundo, un protón dará 11.245 vueltas al anillo del LHC. Teniendo en cuenta que cada haz de estas partículas tendrá una duración de 10 horas, se estima que recorrerá un total de 10.000 millones de kilómetros (suficiente para llegar hasta Neptuno y volver).

Un coche viajando a 1.600 kilómetros por hora

Cuando la impresionante trayectoria de estos protones se compara con los objetos de nuestra vida cotidiana, los resultados que emergen son alucinantes: la energía requerida por el haz de protones al viajar por el acelerador es el equivalente a un coche viajando a 1.600 kilómetros por hora en el carril rápido de una autopista imposible. Otro ejemplo: la cantidad de energía almacenada en los imanes superconductores que mantendrán la temperatura a -271° sería suficiente para derretir 50 toneladas de cobre.

El LHC, según nos explican los técnicos en el Centro de Control, está dividido en ocho sectores de 3,3 kilómetros. De momento, sólo se ha logrado el enfriamiento de uno de estos sectores a la temperatura necesaria para llevar a cabo las colisiones que simularán las condiciones del Big Bang. "Aún queda bastante trabajo por delante", reconoce el doctor Casas, "pero esperamos que para finales de este año habremos alcanzado este objetivo en los ocho sectores del acelerador".

El Centro de Control del CERN es también donde se vigila durante las 24 horas del día la seguridad de todo el personal que trabaja en sus instalaciones. Al ser preguntado por el peor escenario imaginable, el doctor Casas responde: "Lo más grave sería una pérdida del vacío en el LHC que provocaría un escape de helio, con posible riesgo de asfixia". No obstante, Luigi Serio, el ingeniero italiano que coordina el Centro de Control, le quita hierro al asunto, asegurándonos que "toda la instalación tiene sistemas automáticos de seguridad muy eficaces que neutralizarían el riesgo de cualquier incidencia".

El detector de partículas ATLAS

La siguiente parada de nuestro viaje en el tiempo hacia el renacimiento del Universo nos lleva a cruzar la frontera a Suiza para bajar ya a las entrañas de la caverna científica en uno de sus puntos clave: el detector de partículas ATLAS. En total, hay cuatro detectores de este tipo en el CERN –los otros tres se conocen como ALICE, LHCb y CMS–, pero el más grande y potente es el ATLAS. En su interior es imprescindible llevar en todo momento un casco de protección para evitar golpearse con la maraña de tuberías, alambres, grúas y cables que nos rodean por todas partes.

Al entrar en la espectacular nave del ATLAS, lo primero que choca es el ensordecedor ruido de los compresores, unos inmensos contenedores que contienen hasta 10.000 litros de helio líquido. "Lo que hacemos aquí es comprimir el helio para expandirlo y enfriarlo", explica el ingeniero holandés Herman Ten Kate, nuestro guía en esta parte de la visita. "Éste es uno de los procesos fundamentales que llevamos a cabo para lograr el frío que necesitamos para realizar con éxito los experimentos del LHC", asegura. Durante nuestro recorrido del ATLAS, que aún se encuentra en construcción, somos testigos de la impresionante odisea de ingeniería que supone la instalación de las inmensas piezas de este gigantesco mecano subterráneo.

De repente, nos quedamos anonadados al ver cómo una grua inicia el traslado de una gigantesca estructura hexagonal que a lo largo de los próximos días se introducirá por una cavidad circular para descender 90 metros e instalarse en las tripas del detector. "A esa pieza ya la quedan pocos días para estar en su sitio", nos asegura Ken Tate sin inmutarse, evidentemente acostumbrado a ver este espectáculo todos los días. A continuación, llegamos al momento culminante de la visita: el ascensor en el que descendemos 90 metros a la estructura central del ATLAS, donde nos quedamos estupefactos ante los inmensos anillos metálicos en sus extremos, que ascienden a una altura de 25 metros.

El objetivo del ATLAS, como de los demás detectores, será identificar las partículas desconocidas que surjan de las colisiones de protones que se produzcan en el interior del anillo del LHC. Se trata de una aventura científica comparable a la de los locos pioneros que buscaban oro en el Oeste americano. "Hay que tener mucha paciencia para encontrar lo que buscamos", nos dice Ten Kate. "La realidad es que el 99,9% de lo que detectemos no nos va a servir para nada, pero al final esperamos comprender mucho mejor la naturaleza esencial de la materia".

Fuente: El Mundo. Aportado por Gustavo Courault