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El LHC o la ‘Máquina de Dios’

Ya hace unos años que se viene hablando del LHC (Large Hadron Collider), o la llamada 'Máquina de Dios' pero lo cierto es que no hay explicaciones claras y simples sobre cómo funciona y para qué sirve; si bien es un objetivo un poco ambicioso, es el que me propongo en el siguiente artículo.

En general es sabido que un átomo está formado por electrones que dan vueltas alrededor de un núcleo formado por protones y neutrones; los electrones y los protones tienen carga eléctrica mientras que los neutrones no. Esto quiere decir que al generar un campo eléctrico los electrones y los protones sentirán una fuerza y nos permitirá ir acelerándolos. Hoy en día se sabe que no todo termina en electrones, protones y neutrones: a los protones y neutrones se los puede subdividir en elementos menores y además existen muchísimas partículas más con naturalezas muy diferentes; algunas ya fueron observadas otras todavía permanecen ocultas, aunque predichas teóricamente.

Lo que se está buscando es entender cómo están hechas estas partículas, ver si hay algunas más pequeñas que las formen y cómo interactúan entre ellas. El problema es que son extremadamente pequeñas y "duras", es decir muy difíciles de romper, se necesita una energía extremadamente alta para poder hacerlo y es ahí cuando surge el LHC. El nombre indica primero que es Grande ('Large') justamente porque se necesitan energías enormes; luego indica que es un Colisionador y finalmente de Hadrones que es la forma de llamar a un sub-grupo de partículas (por ejemplo a los neutrones y protones, etc.) Lo que básicamente se hará es acelerar estos hadrones a velocidades cercanas a la velocidad de la luz y se los hará chocar entre ellos. Lo que se espera es que en esta colisión las partículas "se rompan" y puedan detectarse otras más pequeñas y se pueda determinar la forma en la que interactúan con el medio que las rodea.

Básicamente es como pensar en un huevo: si uno quiere ver qué hay adentro, vamos a tener que romperlo; si el huevo se hace extremadamente duro, tendremos que romperlo con muchísima fuerza, y se además se hace infinitamente pequeño tendremos que construir una máquina lo suficientemente precisa como para poder pegarle y analizar lo que salga de ahí.

Una vez que sabemos lo que se quiere hacer, tenemos que decidir cómo hacerlo. Los aceleradores de partículas son herramientas que se utilizan en diferentes ámbitos (ya escribiré un artículo sobre ello) y es importante destacar que no siempre se usan para generar colisiones. El LHC se encuentra en el CERN, el Consejo Europeo para la Investigación Nuclear, en la frontera entre Suiza y Francia y el financiamiento proviene de diferentes países, por lo que no está bajo la jurisdicción de ninguno de los dos. El CERN existe desde los años 50 (si uno visita las instalaciones se da cuenta de que los edificios de oficinas tienen una estética muy retro) y fue creciendo lentamente, con aceleradores de partículas menores hasta la finalización de la construcción del LHC hace pocos meses.

El acelerador de partículas es un anillo gigante (tiene más de 27 kilómetros de circunferencia) enganchado con otros anillos menores (los viejos aceleradores del CERN.) La idea es que en los anillos pequeños se comienzan a acelerar partículas, que pasan a un anillo mayor que las acelerará aún más y así sucesivamente (por si se lo preguntan, no hay planes de construir otro acelerador acoplado al LHC.) La ventaja del anillo es que se pueden hacer circular partículas en ambas direcciones (sentido horario y anti-horario) y se las hará chocar de frente exactamente en el lugar donde haya un detector: hay cuatro dispuestos a lo largo del experimento que detectarán cosas diferentes y se llaman Alice, CMS, LHCb y ATLAS. Cada uno es una maraña inimaginable de cables y sensores; parece paradójico que para detectar los elementos más pequeños de la naturaleza haya que construir los mayores experimentos.

Pero hasta aquí todo parece simple; veamos cuáles son las dificultades: primero se tiene que poder colocar un haz de partículas dentro de un anillo de 27 kilómetros; para que no escapen de él, es necesario construir imanes muy potentes que permitan ir orientando a las partículas a lo largo del recorrido. Estos imanes son los que se conocen como superconductores y deben estar refrigerados (se hacen con materiales que a bajas temperaturas no presentan resistencia eléctrica.) Además se debe trabajar en vacío, imaginen que se tiene aire a lo largo del circuito: seguramente las partículas chocarán contra él, frenándose y generando efectos extraños; imaginen lo que significa generar 27km de vacío (¡y encima refrigerado!) Finalmente hay un problema computacional: la cantidad de datos que generará cada colisión es tan grande que no existe la capacidad de procesarlo todo; es por esto que una parte importante del esfuerzo reside en software que permita descartar los datos inútiles y quedarse solamente con los relevantes, pero "en vivo", es decir que la decisión de qué guardar y qué no se hace en el mismo momento del choque. Un vocero del CERN hizo una comparación una vez: "por cada minuto de colisiones en el LHC se generará una cantidad de datos equivalente al total de palabras pronunciadas por la humanidad (considerando que la humanidad comenzó a hablar desde que existe)."

El año pasado se terminó la construcción del acelerador, con una gran repercusión mediática (se hablaba del fin del mundo, de agujeros negros, de jugar a ser Dios, etc.) pero cuando se lo quiso hacer funcionar se detectaron fugas de helio líquido (el refrigerante) por lo que se debió suspender la prueba hasta que se lo pudiera reparar. El problema extra que presenta, es que por la gran cantidad de energía que consume, sólo se lo puede hacer funcionar en primavera/verano, pero no en invierno, por lo que aunque se hubieran solucionado los problemas en cuestión de semanas, se tendría que haber esperado hasta este año para efectivamente hacer funcionar el LHC.

En el CERN trabajan científicos de todo el mundo (¡además de que son muchos!) Yo tuve la suerte de poder visitarlo en Enero y de charlar con algunos de los trabajadores; sinceramente tiene un aura muy particular, la gente parecía alegre, entusiasmada, contenta de ser parte del mayor experimento construido en la Tierra. Además el ambiente es bastante relajado, como en casi todos los centros de investigación, no faltaba ver a alguien en camisa floreada y ojotas mientras afuera nevaba y hacía 5 grados bajo cero.

En cuanto a la inversión necesaria para la construcción, el LHC requirió de 2500 millones de dólares aproximadamente; el tren bala que se planea (o planeaba) construir en Argentina habría tenido un costo de 4000 millones de dólares.

Dentro de poco lo probarán de nuevo y estiman que para el año próximo estarán llegando los primeros resultados; la calibración de semejante equipamiento puede llevar un buen rato (¡ya lo lleva para instrumentos pequeños de laboratorio!) Seguramente intentaré mantenerlos informados de otras novedades que puedan surgir al respecto.