El mayor aparato jamás construido

(Publicado originalmente en Madrid Sindical)

Este verano, si las reparaciones marchan según lo previsto, se volverá a poner en marcha el mayor aparato jamás construido por el ser humano: el acelerador de partículas LHC (en inglés Large Hadron Collider, o sea, Gran Colisionador de Hadrones), situado en la frontera franco-suiza.

A una escala más reducida, todos tenemos un acelerador de partículas en casa, o lo hemos tenido hasta hace bien poco: el tubo de rayos catódicos de los televisores clásicos. Con la diferencia fundamental de que en el televisor se aceleran electrones para desparramarlos (con un cierto orden) por la pantalla, mientras que en los aceleradores científicos el principal quebradero de cabeza es precisamente evitar que las partículas aceleradas se desparramen.

Un acelerador sólo puede manejar partículas con carga eléctrica, como electrones, protones o átomos ionizados: su funcionamiento se basa en la denominada fuerza de Lorenz, que es la que ejerce un campo electromagnético sobre una carga o corriente eléctrica: un campo eléctrico acelera una carga longitudinalmente, mientras que un campo magnético curva su trayectoria.

Para acelerar partículas, lo primero que hay que hacer es generarlas. Los electrones se extraen de los átomos simplemente calentando un filamento; otras partículas como positrones, protones e iones requieren el uso de láseres o de haces de electrones previamente acelerados que, chocando contra un blanco determinado, logran extraerlas.

Una vez generadas, las partículas tienen la fastidiosa tendencia de volver a reaccionar con la materia que las rodea, así que es necesario alejarlas del lugar de generación y mantenerlas en el vacío. Para mover las partículas se emplean campos eléctricos, cuya fuerza de Lorenz es longitudinal, o sea, que las empujan y aceleran; y campos magnéticos, que ejercen fuerzas transversales y sirven para curvar su trayectoria y, al igual que las lentes de vidrio hacen con la luz, para enfocarlas. Todo esto, dentro de tubos al vacío donde se mantienen los haces de partículas hasta que alcanzan la energía deseada y se los hace chocar, bien entre sí o bien contra un blanco, para estudiar las reacciones que se producen; como, según Einstein, E=mc², cuanta más energía lleven las partículas, esto es, cuanto más rápido vayan, mayor puede ser la masa de las partículas generadas en la reacción.

El objetivo del acelerador de partículas LHC es investigar las fuerzas básicas de la Naturaleza y en concreto estudiar las interacciones entre protones a unas energías nunca antes alcanzadas. A esas energías, las teorías actualmente aceptadas postulan la aparición del bosón de Higgs, que ha sido denominado partícula de Dios porque es la única explicación para la masa de las partículas dentro del actual Modelo Estándar. También a esas energías se ha postulado la detección de las llamadas partículas supersimétricas, uno de los candidatos para explicar la materia oscura del Universo.

El coste del LHC es de dos mil millones de euros a lo largo de más de 10 años. Es decir, no representa ni siquiera 1 euro por europeo al año. Eso sin contar con que el esfuerzo en I+D que hay que hacer para desarrollar el acelerador revierte en infinidad de campos: desarrollo de métodos de medición ultraprecisos, sistemas de imagen que pueden aplicarse a la medicina, ultrarrefrigeración, imanes superconductores, nuevos materiales, computación masiva, etc.

¿Qué es un acelerador de partículas?

Un acelerador de partículas es un aparato que, mediante el uso de campos electromagnéticos, es capaz de aumentar la velocidad de partículas eléctricamente cargadas. Sus principales usos son la obtención de imágenes, la irradiación de tumores en medicina y el estudio científico de materiales y de las fuerzas básicas de la Naturaleza. En física de partículas, la construcción de aceleradores cada vez más potentes está motivada por la necesidad de obtener mayores energías, que, de acuerdo con la equivalencia entre masa y energía enunciada por Einstein (E=mc²), permiten la generación de nuevas partículas de mayor masa en las reacciones que se producen al hacer chocar entre sí las partículas aceleradas.