Cuando hablamos de mecánica cuántica, nuestra intuición deja de funcionar. La física de partículas describe un mundo tan diminuto que las reglas que conocemos dejan de aplicarse tal y como las entendemos. Aún estamos tratando de comprender ese universo microscópico, pero es precisamente el que constituye toda la materia que nos rodea. Para intentar responder a muchas de esas preguntas, se construyó el Gran Colisionador de Hadrones, la máquina científica más grande del planeta.
El LHC fue construido por la Organización Europea para la Investigación Nuclear (CERN) entre 1989 y 2001 gracias a la colaboración de más de 10.000 científicos, cientos de universidades y laboratorios y la participación de más de un centenar de países.
¿Qué es el Gran Colisionador de Hadrones?
El LHC es el acelerador de partículas más potente que existe en la actualidad. Su misión consiste en recrear durante una fracción infinitesimal de segundo las condiciones de energía que existieron poco después del Big Bang. Explicado para que lo entienda un niño pequeño: básicamente, hacemos chocar partículas y esperamos el resultado a ver qué ocurre y si descubrimos algo nuevo.
Está situado bajo tierra, entre Francia y Suiza, y desde hace años ayuda a responder algunas de las preguntas más complejas de la física. Allí, a casi 100 metros de profundidad, los protones rozan la velocidad de la luz antes de colisionar para que los científicos puedan estudiar de qué está hecho realmente el universo.
La tecnología detrás del acelerador de partículas
Cuando se inauguró el Gran Colisionador de Hadrones, recuerdo leer numerosas noticias sobre los supuestos riesgos que implicaba su funcionamiento. Incluso hubo quien aseguró que podría crear un agujero negro capaz de tragarse la Tierra. La comunidad científica descartó esa posibilidad desde el primer momento y lo ha explicado en numerosas ocasiones.
Lo verdaderamente impresionante es la tecnología que hace posible su funcionamiento. Es una obra de ingeniería extraordinaria que, junto con la industria aeroespacial y algunos desarrollos militares, representa una de las mayores demostraciones de capacidad tecnológica jamás realizadas.
Un anillo de 27 kilómetros
El LHC está instalado en un túnel circular de 27 kilómetros de circunferencia que atraviesa la frontera entre Suiza y Francia, muy cerca de Ginebra.
En su interior viajan dos haces de protones en direcciones opuestas. Estas partículas, presentes en el núcleo de los átomos, alcanzan velocidades extraordinarias gracias al acelerador, llegando hasta el 99,9999991 % de la velocidad de la luz.
El vacío más extremo
Para que los protones recorran el anillo sin perder energía, el interior permanece casi sin aire. El vacío generado es incluso más extremo que el existente en gran parte del espacio exterior.
Si hubiera demasiadas moléculas de gas, las partículas chocarían constantemente, desviándose de su trayectoria y haciendo imposible realizar experimentos con la precisión necesaria.
Imanes más fríos que el espacio
Los protones necesitan ser guiados continuamente para recorrer un circuito de 27 kilómetros. Para ello, el LHC utiliza más de mil imanes superconductores capaces de curvar su trayectoria.
Los 1.232 imanes dipolares principales, de unos 15 metros de longitud cada uno, funcionan a −271,3 grados Celsius, una temperatura inferior a la del espacio exterior. Solo así alcanzan el estado superconductor necesario para generar campos magnéticos de enorme intensidad.
Choques más calientes que el Sol
Cuando ambos haces de protones colisionan, se liberan energías descomunales concentradas en un espacio microscópico.
Durante una fracción ínfima de segundo, la temperatura alcanza valores 100.000 veces superiores a los del núcleo del Sol. Esa energía permite crear partículas que normalmente no existen de forma estable en nuestro universo cotidiano.
Detectores del tamaño de edificios
Las colisiones se registran mediante cuatro gigantescos experimentos: ATLAS, CMS, ALICE y LHCb. Cada uno está diseñado para estudiar aspectos diferentes de las partículas generadas tras los impactos.
ATLAS y CMS participaron en el histórico descubrimiento del bosón de Higgs en 2012. Por su parte, ALICE investiga las condiciones extremas del universo primitivo, mientras que LHCb estudia las diferencias entre materia y antimateria para intentar explicar por qué el universo está formado casi exclusivamente por materia.
El próximo gran salto
El LHC se encuentra inmerso en una importante actualización para convertirse en el HL-LHC o Gran Colisionador de Alta Luminosidad. Su objetivo será multiplicar el número de colisiones útiles y recopilar aproximadamente diez veces más información científica durante las próximas décadas.
Para lograrlo, el CERN renovará gran parte del acelerador con nuevos imanes superconductores, cavidades de radiofrecuencia más avanzadas y detectores completamente modernizados. Si el calendario previsto se cumple, el HL-LHC comenzará su actividad científica alrededor del año 2030.
