El Gran Colisionador de Hadrones (LHC), el mayor acelerador de partículas del mundo, empezará a funcionar a toda máquina el miércoles en la frontera franco-suiza, penetrando en los misterios pendientes de la materia y el inicio del universo, hace 13 mil 700 millones de años.
Este colosal instrumento, en el que han trabajado unos 5 mil físicos e ingenieros desde hace más de una década, es el mayor proyecto científico de los últimos años.
Robert Aymar, director general de la Organización Europea para la Investigación Nuclear (CERN), se muestra convencido de que el LHC depara a los científicos «hallazgos que cambiarán nuestra visión del mundo y en particular, su creación».
Desde 1996, la CERN ha construido a 100 metros bajo tierra cerca de Ginebra un anillo de 27 km de circunferencia, enfriado durante dos años hasta situarse en los 271,3 grados centígrados, es decir, 1,9º C más que el cero absoluto.
Alrededor del anillo se han instalado cuatro grandes detectores, en cuyo núcleo se producirán grandes colisiones de protones (partículas de la familia de los hadrones). El LHC alcanzará el 99,999% de la velocidad de la luz, de unos 300.000 Km. por segundo.
A máxima potencia, 600 millones de colisiones por segundo generarán el brote de partículas, algunas de las cuales nunca han sido observadas hasta ahora.
Para seleccionar los 15 millones de gigaoctetos de datos recogidos anualmente, once centros distribuirán la información en bruto a 200 instituciones del mundo, que la analizarán y archivarán.
Entre los detectores, el Atlas y el CMS han sido diseñados para escudriñar el llamado bosón de Higgs, una partícula elemental que dotaría de una masa a otras partículas. Su ausencia sacudiría la física teórica.
«Hay una fuerte probabilidad de que el bosón de Higgs pueda ser observado», defiende Yves Sacquin, del Instituto francés de Investigación sobre Leyes Fundamentales del Universo (IRFU).
Al margen del Higgs, «estamos convencidos de que existen en el universo varias partículas mucho más pesadas de las que conocemos. Es lo que llamamos sin duda la materia negra», explica por su parte Aymar.
«El LHC proporcionará la identificación y la comprensión de esta materia negra», que integra el 23% del universo, mientras que la ordinaria representa un 4% y el resto está constituido de energía oscura.
Otro detector, el LHCb, tratará de dilucidar qué pasó con la antimateria, presente en el momento del Big Bang a partes iguales con la materia.
El Alice se interesará por las colisiones de iones de plomo con el fin de recrear en un lapso relámpago la «sopa» primordial de quarks y gluones que formaban la materia durante los primeros microsegundos del universo, antes de la creación de protones.
Cuando entre en funcionamiento el miércoles por la mañana el primer haz de partículas, se inyectarán en el acelerador paquetes de 100.000 millones de protones.
Tras el arranque del segundo haz, que girará en el sentido inverso al primero, se provocarán colisiones de energía cada vez más elevadas, hasta alcanzar siete veces la potencia del Fermilab estadounidense, hasta ahora el acelerador más potente.
El proyecto, en el que han contribuido países europeos, Estados Unidos, India, Rusia y Japón, ha tenido un coste de 3.760 millones de euros.
El Gran Colisionador de Hadrones (LHC), que será inaugurado cerca de Ginebra por la Organización Europea para la Investigación Nuclear (CERN), está llamado a responder a cuatro preguntas determinantes que traen de cabeza desde hace décadas al mundo de la física de las partículas:
– Hallar el bosón de Higgs, una partícula inestable calificada de «divina» puesto que muchos investigadores la han estudiado sin haber demostrado su existencia. Lleva el nombre del físico británico Peter Higgs, que la descubrió por deducción en 1964. Confirmar su existencia a través de la experiencia representaría la última pieza del rompecabezas llamado «Modelo Estándar», que resume los conocimientos actuales de la física de las partículas.
El bosón de Higgs permitiría explicar el origen de la masa y por qué algunas partículas están curiosamente desprovistas de ella. En este desafío, la CERN rivaliza con el laboratorio estadounidense Fermilab, basado en Chicago, que utiliza el Tevatron, un acelerador que se desactivará progresivamente a partir de 2010. El Fermilab participa también en el experimento del LHC.
– Explorar la supersimetría, un concepto que permite explicar uno de los hallazgos más sorprendentes de los últimos años, esto es, que la materia visible sólo representa el 4% del universo. La materia negra (23%) y la energía oscura (74%) se reparten el resto. Una explicación sería que la materia negra está compuesta de partículas supersimétricas llamadas neutralinos.
– Estudiar el misterio de la materia y la antimateria. Cuando la energía se transforma en materia, produce un par de partículas así como su reflejo, una anti-partícula de carga eléctrica opuesta. Cuando una partícula y su antipartícula colisionan, se aniquilan mutuamente a través de un pequeño estallido de energía. La lógica haría pensar que la materia y la antimateria existen en el universo a partes iguales, pero la realidad es que la segunda es muy inhabitual.
– Recrear las condiciones que prevalecieron en el universo en las milésimas de segundo que sucedieron inmediatamente al Big Bang. La materia existía entonces bajo la forma de una especie de sopa densa y caliente llamada plasma quarks-gluones. Al enfriarse, los quarks se aglutinaron en protones y neutrones y en otras partículas compuestas. Colisionándolos, el LCH hará pedazos iones pesados que generarán brevemente temperaturas 100.000 veces más elevadas que la que se registra en el centro del sol. Estas colisiones liberarán entonces los quarks. Los investigadores podrán por lo tanto observar cómo éstos forman la materia.