El 10 de septiembre de 2008 la atención de los medios de comunicación estaba en torno a Ginebra. Bajo la tierra, entre 50 y 100 metros debajo de las llanuras junto a las montañas del Jura, entre Francia y Suiza, un anillo de túneles con 27 km de circunferencia comenzaba a funcionar en periodo de pruebas. Sólo porque era la puesta de largo del trabajo de unos 10.000 científicos a lo largo de 20 años, que ha costado unos 4.000 millones de euros,podemos entender que la cosa tenía su importancia.Más aún porque en él están trabajando los físicos más sabios del mundo, la labor conjunta de cientos de instituciones de más de cincuenta países… y todo para conseguir ver las cosas más diminutas del Universo.
Curiosamente, la noticia durante los días anteriores fue una agorera predicción de que se iba a acabar el mundo en cuanto se encendiera el LHC (Gran Colisionador de Hadrones, por sus iniciales en inglés -los hadrones son partículas del núcleo atómico, como los protones y los neutrones-). ¿Por qué algo así? Según alguna teoría de la física, hay una cierta posibilidad de que cuando se consiguen energías muy grandes, aparecen partículas extrañas, diminutos agujeros negros que podrían comerse el planeta. Sin embargo, aunque la energía del LHC es muy alta, nuestro planeta está siendo constantemente bombardeado por rayos cósmicos, algunos de los cuales son incluso más energéticos. Y como nuestro planeta no ha desaparecido en los últimos 4.500 millones de años, mala suerte sería que sucediera ahora simplemente por poner a dar vueltas a gran velocidad a protones.
Porque eso es lo que hace el LHC: acelerar protones hasta casi la velocidad de la luz, de manera que adquieren una energía enorme. Luego se hacen chocar esos protones bien contra otros que viajen en dirección contraria, o bien contra un blanco de prueba, por ejemplo de Hierro, o de Oro. ¿Para qué? Comentaba el físico y periodista Manuel Toharia que los físicos teóricos son como niños malcriados: en cuanto les dejan algo se dedican a romperlo para ver de qué está compuesto. Y algo de razón tiene, pero también es muy lógico que se intente comprender de qué está formada la materia, y cómo se ha formado nuestro universo.
Una historia de hace un siglo
Desde hace más de un siglo, cuando Becquerel descubrió la radiactividad, los físicos y los químicos descubrieron que esas radiaciones se producían porque el átomo tenía una estructura interna. La teoría atómica que había permitido el nacimiento de la química a lo largo del siglo XIX no iba más allá de esas pequeñas bolas sólidas (que era el llamado modelo de Dalton de los átomos). Sin embargo, los estudios eléctricos de físicos como Thomson, y las investigaciones de los Curie, de Roentgen y otros mostraban que los átomos tenían por un lado una parte positiva en el núcleo y alrededor unos componentes negativos, los electrones. El átomo estaba casi completamente vacío y en el centro del centro, protones y neutrones se apelmazaban pegados por una fuerza nuclear muy intensa y desconocida, diferente de la gravedad y del electromagnetismo.
En las primeras décadas del siglo XX los avances en la física revolucionan el mundo: la física cuántica explica por vez primera esa estructura atómica, y la describe, así como la interacción entre materia y energía. Einstein, con su relatividad, también proporciona un marco para explicar la gravedad y que el Universo evolucione. El estudio de la radiación Beta permite intuir que hay más partículas, pequeñas y neutras, que son llamados neutrinos por Enrico Fermi. Luego llegarán los estudios para comprobar que la estructura del átomo puede cambiar y que esas fisiones o rupturas de núcleos pesados (y posteriormente las fusiones de núcleos ligeros) son procesos muy energéticos.
La primera comprobación del poder de la nueva física fue terrible. El proyecto Manhattan produjo una bomba atómica que asesinó cientos de miles de personas en Hiroshima y Nagasaki. Pero la física siguió intentando ver cómo podía explicar esas fuerzas nucleares (dos, de tipo diferente) y cómo se explicaba que al acelerar partículas y proporcionarlas más energía aparecían partículas extrañas, pesadas, exóticas que, aunque viven una mínima fracción de segundo, muestran que el Universo parece mucho más complejo aún.
Poniendo orden subatómico
En todo el mundo, los físicos teóricos comenzaron a desarrollar modelos que explicaran esos fenómenos, y las teorías a su vez permitían predecir la existencia de nuevas partículas y de simetrías entre unas y otras, que significaban en la práctica nuevas teorías “de unificación”, porque con los mismos supuestos explican diferentes fenómenos y fuerzas. En instituciones como el Fermilab en Estados Unidos, o el CERN (Centro Europeo de Investigación Nuclear) en Ginebra, o el KEK japonés, se han ido realizando experimentos a lo largo del último medio siglo que han permitido desarrollar el llamado modelo estándar.
La física es algo complicado, aunque sus teorías intenten, precisamente, explicar de forma sencilla esa complejidad que vemos en el mundo. Este modelo consigue describir el Universo en que vivimos usando solamente 12 partículas fundamentales para la materia y 4 más para llevar las interacciones. De ahí surge todo. Pero no de forma directa y el modelo no está aún completo, y por ello hace falta acceder a mayores energías. Por eso, desde mediados de los años 80 se vio la necesidad de hacer un nuevo gran acelerador en el CERN. El reto era impresionante, porque ese anillo de 27 km sólo se separa de la circunferencia teórica en menos de un milímetro. Además los tubos están al vacío, el mejor vacío nunca conseguido en nuestro planeta, y más vacío incluso que el espacio que rodea a la Tierra. Más aún: para que las partículas sigan sus trayectorias con precisión, más de 1.800 imanes a lo largo del tubo están funcionando. Son intensos electroimanes con superconductores, de manera que todo está trabajando a -271 grados. Es decir 1.6 K por encima del cero absoluto.
Ello permitirá entender por qué aunque las leyes de la física son muy simétricas, y el Universo creó tanta materia como antimateria en su comienzo denso y caliente una fracción de segundo después del Big Bang, ahora en el Universo sólo hay materia (salvo unas trazas de esa materia exótica). Alguna asimetría, algo sucedió… y nosotros vivimos de ello. En ese sentido, aunque el LHC es un microscopio enorme para ver esas partículas diminutas, también funciona como un telescopio, o una máquina del tiempo. Con él se podrá ver cómo era el universo en las primeras millonésimas de segundo de su historia.
Y eso tiene consecuencias que aún medimos: los astrofísicos saben que gran parte de la materia no emite luz, es una “materia oscura” que estas teorías de la física pueden explicar. Más aún, tres cuartas partes de todo están compuestas de la “energía oscura” que hace que el Universo se expanda aceleradamente. El LHC deberá ayudar a explicar todo eso, y sobre todo, a entender qué es la masa, una característica de la materia que podría venir de una partícula cuya existencia se desconoce: el bosón de Higgs.
Poco más de una semana después del inicio de las pruebas, y sin que llegara el Apocalipsis, una fuga de Helio hizo que una sección del tubo se calentara y al dilatarse rompió unos imanes. Los arreglos van a impedir que antes de julio de 2009 se pueda poner en marche de nuevo. Pero todos esperan que en cuanto funcione, la enorme cantidad de datos del LHC permita entender un poco mejor de qué estamos hechos. Las tecnologías empleadas han tenido ya una importante utilidad: la WWW, la web, nació en el CERN al comenzarse a necesitar una capacidad mayor para trabajar en red, y ahora está naciendo, también gracias al LHC, la GRID, una red más rápida que convertirá a los más importantes ordenadores de la Tierra en un gigantesco supercomputador. Y los escáneres que se han creado para la ingeniería de precisión han permitido una pequeña revolución en la medicina diagnóstica. De todas formas, los físicos aún esperan que el LHC comience a contarnos cómo es la materia y cómo nació el Universo. Que no es poco.