La mayor máquina jamás construida por el hombre está a pocos minutos en coche de Ginebra y se encuentra, literalmente, a caballo entre dos países, Suiza y Francia. Se trata de un gigantesco anillo de 27 kilómetros, construido bajo tierra a una profundidad que, según los tramos, oscila entre los 50 y los 150 metros. En su interior, 1.296 imanes superconductores de quince metros cada uno, apoyados por cerca de ocho mil «imanes correctores» de menor tamaño. Y un sistema criogénico que mantiene el conjunto a una temperatura de 1,8 grados kelvin (-271 grados centígrados), un ambiente más frío que en el mismísimo espacio interestelar.
Sobre la superficie, en diversos puntos de su trazado, se alzan diversas construcciones, desde simples casetas de acceso (en cuyo interior cabe poco más que un ascensor) a ocho edificios de mantenimiento y criogenia (uno para cada tramo de 3,3 km.) y cuatro grandes laboratorios científicos (ATLAS, CMS, ALICE y LHCb)que utilizarán el anillo para realizar experimentos que parecen sacados de una novela de ciencia ficción.
El nombre de este coloso tecnológico, el mayor acelerador de partículas del mundo, es LHC (Large Hadron Collider), hecho realidad por el Centro Europeo de Física de Partículas (CERN) y cuyo coste (sólo el de su construcción) se cifra en 4.000 millones de euros. El LHC, que utiliza parte de las instalaciones de su predecesor, el LEP (Large Electron Positron ring), actualmente desmontado, entrará en funcionamiento, si todo marcha como está previsto, a principios de 2008.
El corazón de lo físico
Su potencia supera en un orden entero de magnitud a la de cualquiera de los demás grandes aceleradores del planeta y en su interior se reproducirán las condiciones exactas de los primeros instantes (milmillonésimas de segundo) de existencia del Universo, cuando ninguna de las estructuras que conocemos (estrellas, galaxias, planetas) existía aún y nuestro mundo consistía apenas en una bola incandescente de partículas elementales que formaban una sopa primordial a miles de millones de grados de temperatura.
El anillo del LHC se divide en ocho sectores de 3.300 metros cada uno. Uno de ellos ya está preparado y «frío», para realizar las primeras pruebas durante los próximos días. Serán pruebas de ingeniería, sin disponer aún de haces de partículas ni colisiones. Si todo va bien, se irán «poniendo en frío» todos los sectores, uno a uno. Vendrán después los primeros ensayos «de inyección» (de haces de partículas) y al final, a primeros de 2008, sin no se produce algún percance, el primer haz correrá a través del anillo acelerador, cada vez más deprisa, hasta alcanzar 99,9 por ciento de la velocidad de la luz (300,000 km. por segundo).
«Uno de los principales problemas -explica Juan Casas, responsable de criogenia del CERN- es el de conseguir las temperaturas necesarias. Para mantener el helio a 1,8 kelvin (-271 grados centígrados, casi el cero absoluto, temperatura a la que cesa la actividad atómica) hay que bajar la presión a 16 milibares. A presión ambiente el helio está a 4° kelvin, y eso no es suficiente para lo que se necesita. Cuanto menor sea la presión, más podremos acercarnos al rango térmico que se necesita».
Y luego está la cuestión de mantener compactos los haces de partículas, conseguir que no se dispersen y que viajen en paquetes compactos dentro del anillo, en la dirección deseada. Un objetivo que se logra gracias a los grandes imanes, dipolos magnéticos capaces de generar campos cientos de miles de veces más potentes que el campo magnético terrestre. Gracias a las condiciones de temperatura y a estos poderosos campos, un haz de partículas puede permanecer girando dentro del anillo durante más de diez horas, proporcionando a los físicos las colisiones que necesitan para sus experimentos. Cuando el haz se agota, se inyecta uno nuevo.
Una vez esté completado, el LHC funcionará veinticuatro horas al día, sin interrupción, durante meses enteros. Sólo se detendrá en un número limitado de ocasiones al año, en «paradas programadas» para las tareas de mantenimiento.
En racimos
Cada haz individual consta de cerca de 3.000 «bunches» o racimos de partículas, cada uno de los cuales contiene unos cien mil millones de partículas individuales. A pesar de su enorme cantidad, cuando los haces se cruzan, el número de colisiones efectivas es muy pequeño, del orden de veinte colisiones por cada doscientos mil millones de partículas.
Sin embargo, los «racimos» se cruzan en el interior del anillo una media de treinta millones de veces por segundo, lo que garantiza a los investigadores un suministro de 600 millones de colisiones cada segundo. Más que suficiente para poder realizar sus experimentos.
Casi a la velocidad de la luz, un único protón dentro de uno de los racimos de un haz recorre el anillo completo 11.245 veces a cada segundo que pasa. Y teniendo en cuenta que un haz de protones circula por el anillo durante diez horas, en ese tiempo nuestro protón habrá recorrido diez mil millones de kilómetros, suficiente como para ir y volver hasta Neptuno.
A pesar de que cada laboratorio cuenta con sus propios mecanismos de control y seguridad, todos ellos están centralizados en un único edificio, el CCC (Centro de Control del CERN). Desde allí se manejan todos los sistemas y los diversos aceleradores, así como la criogenia, los accesos, la electricidad, los sistemas de seguridad etc. 600 metros cuadrados divididos en cuatro zonas cuya distribución, desde arriba, recuerda a un trébol de cuatro hojas, cada una de las cuales permite trabajar a trece técnicos al mismo tiempo.
Los controles deben realizarse en tiempo real y con una precisión de nanosegundos. En este trabajo, la precisión lo es todo. Cada racimo de partículas, por ejemplo, se inyecta (desde aquí) en su haz correspondiente a intervalos exactos de veinte nanosegundos, es decir, cada veinte mil millonésimas de segundo. En un único giro alrededor del anillo se realizan muchas inyecciones de paquetes, cuantos más, mejor. «Los físicos -se lamenta uno de los técnicos- nunca tienen bastante. Siempre quieren más».
El mayor de los experimentos del CERN se llama Atlas. Aquí, en el interior de su gigantesco detector, equipado con calorímetros, espectrómetros, sistemas magnéticos y las últimas tecnologías disponibles, es donde los científicos esperan localizar, por fin, al esquivo bosón de Higgs, una partícula que guarda el secreto de por qué todas las partículas, incluído él mismo, tienen masa.
Predicho en los años sesenta, el bosón de Higgs no ha podido ser localizado hasta ahora, entre otras razones, porque la teoría predice que para manifestarse necesita un nivel de energía hasta ahora inalcanzable para los aceleradores. Pero el LHC sí será capaz de crear las condiciones idóneas para que el Higgs aparezca. Si a pesar de todo no se consiguiera detectarlo, sería necesario revisar una buena parte de las teorías sobre el origen y la estructura de la materia. A unos 80 metros de profundidad, el Atlas está instalado en una gran cavidad que los científicos llaman «la caverna». Redes interminables de túneles y galerías llevan hasta los distintos órganos de los que depende este gigante de 25 metros de altura y 45 de longitud. Enormes tanques azules contienen el helio que garantizará el frío necesario.
Es difícil desde dentro hacerse una idea del conjunto, que es enorme. 3.000 kilómetros de cables conectan todos los sistemas. Su centro son dos grandes discos de 24 metros de alto. Dos enormes donuts con un agujero central de dos metros y medio. Por allí pasarán los haces de partículas.
Grandes imanes toroidales rodean el monstruo metálico en cuyo corazón ahora trabaja media docena de personas. Para llegar allí llevan arneses parecidos a los de los montañeros. Revisan e instalan el calorímetro central y ajustan cada pieza al milímetro. Cuando cierren, el sistema no se volverá abrir en los próximos 25 años.
Más arriba, en los muelles, las grúas cargan grandes imanes de más de diez metros de altura, que serán bajados en vertical a través de dos grandes bocas que parecen pozos sin fondo. En menos de un año, Atlas estará a pleno rendimiento y explorando en los límites mismos de la física. Una vez construido, el gran detector ya no se podrá sacar del edificio. «Es como un barco gigantesco dentro de una enorme botella».
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