LHC Para Tontos

8/9/2019 LHC Para Tontos

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EL LHC para tontos (I)

Siguiendo el espritu de

esos manuales sobre temas complejos orientados a dummies o tontos, voy a tratar de

explicaros de la forma ms accesible y fcil lo que realmente es el experimento cientfico de

moda en todo el mundo: El Gran Colisionador de Hadrones (LHC).

EL LHC es la construccin humana ms titnica de la historia por sus implicaciones, el mayor

esfuerzo de colaboracin conjunta entre naciones y la inversin de los ms sofisticados

conocimientos cientficos que poseemos en busca de respuestas importantes a preguntas

importantes. Hasta vosotros mismos estis dando unos cntimos de vuestros

impuestos para hacer realidad tan magna empresa.

Porque la mayora de gente ignora que parte de sus ingresos se invierten en la catedral ms

formidable y minuciosamente construida del ser humano. De hecho tambin ignora cmo

funciona el experimento. Tal vez la gente suele perder demasiado tiempo aprendindose de

memoria los hechizos de un juego de rol o la alineacin de los equipos de ftbol y no presta

atencin a la magia de verdadque est a punto de chisporrotear a pocos kilmetros de su

domicilio para cambiar, tal vez, nuestra idea del universo y de nosotros mismos. Todo el

mundo conoce a Harry Potter pero pocos el nombre de la persona que accionar el botn-

varita que pondr en marcha el Gran Hechizo.

LHC son las siglas por las que generalmente se conoce al Gran Colisionador de Hadrones (en

ingls,Large Hadron Collider). Un pomposo nombre para el acelerador de partculas msgrande del planeta, ubicado en el CERN, otras siglas que significan Organizacin Europea

para la Investigacin Nuclear (en francs, Conseil Europen pour la Recherche Nuclaire),


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que est en la frontera franco-suiza, muy cerca de Ginebra, rodeado del macizo del Jura.

Pero tanta sigla no aclara nada. Qu es realmente un acelerador de partculas y por

qu resulta tan desorbitadamente costoso de construir?

Bien, para eso vamos a echar un vistazo a los tomos. Todos sabemos qu es un tomo: un

ncleo de protones y neutrones rodeado por una nube de electrones. Sin embargo, hay ms.

A pesar de que etimolgicamente hablando la palabra tomo significa indivisible, no es

cierto. Loshadrones (que as se llaman a los protones, los neutrones y a otras partculas

gobernadas por determinadas fuerzas) estn compuestos de partculas bautizadas como

quarks. El nombre se lo puso el fsico Murray Gell-Mann, del Instituto Tecnolgico de

California, en la dcada de 1960, y proviene de una frase de la novela de James

JoyceFinnegans Wake: Tres quarks para Muster Mark.

A pesar del inters de Joyce de que quark se pronunciara de modo que rimara con Mark, los

cientficos la suelen pronunciar como kwrk(al igual que pork), parecido al nombre del

queso alemn. Con el tiempo, empezaron a definirse categoras de quarks: arriba, abajo,

extrao, encanto, superior e inferior, y que a su vez se dividen en los colores rojo, verde yazul.

Una catalogacin totalmente arbitraria, por supuesto, porque cuando estamos hablando de

cosas tan infinitesimales ya no existen ni los colores ni cualquier otra caracterstica fsica

inidentificable por los ojos humanos.

Tambin surgieron los leptones, los muones, los gluones, los bosones, los lectones, los

neutrinos y as seguiremos quin sabe hasta cuando, yendo cada vez a niveles ms

pequeos y fundamentales de la materia. Un lo bastante complejo que quizs durante el

transcurso del siglo veintiuno se pueda finalmente descifrar.

No es raro entonces que hasta el fsico italiano premiado con el Nobel de Fsica en

1938, Enrico Fermi, dijera: Si pudiese recordar los nombres de todas esas partculas me

habra dedicado a la botnica.

Hasta aqu las partculas pequesimas. En la prxima entrega de esta serie de artculos para

tontos, ms.

EL LHC para tontos (II)


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Cuando estamos tratando con objetos tan diminutos y evanescentes como son las partculas

que constituyen un tomo, de nada sirven ni los ojos ni el microscopio, ni siquiera el

microscopio electrnico de barrido ms potente del mundo.

En el propio CERN, en 1970 se empleaba una extraa mquina para desvelar los misterios

del microcosmos: La Cmara de Burbujas de Gargamel. Pero, con todo, la forma ms

eficiente de notar la presencia de muchas partculas subatmicas es excitndolas para que

revelen su existencia, al menos durante una fraccin de segundo. Algo as como si lanzaran

un grito de dolor.

De esta manera tan extraa podemos intuir que estn ah, formando ladrillo a ladrillo toda la

realidad que conocemos. Y la forma ms sencilla de excitar una partculasubatmica consiste en estrellarla a toda velocidad contra una pared o contra otra

partcula.

Habis visto esas simulaciones de accidentes de coche en las que se estampa la carrocera

contra un muro de hormign, vapuleando las marionetas que estn al volante, los crash test

dummies, como si fueran peleles?


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Pues algo parecido, pero aqu los crash test

dummies son los ncleos atmicos, y la velocidad a la que aceleramos el, digamos, coche,

est prxima a los 300.000 kilmetros por segundo, la velocidad de la luz, la velocidad

mxima terica que un cuerpo puede desarrollar sin violar ninguna ley fsica (aunque de

largo viola las de trfico).

Un acelerador no es algo tan extico como pudiera parecer a primera vista. Todos,

en nuestras casas, tenemos al menos un acelerador de partculas, concretamente en la sala

de estar. Se trata del televisor. Lo que hace el tubo de rayos catdicos de un televisor es

tomar electrones separados de los tomos y empujarlos mediante campos electromagnticos

contra la pantalla, curvndolos as o as para que dibujen en la pantalla la imagen deseada.

El LHC es como un televisor a una escala mucho mayor: el tubo de rayos catdicos es un

tnel subterrneo de 27 kilmetros por el que se pretende acelerar las partculas de tal

forma que completen 11.000 veces por segundo ese tramo.

As pues, el tramo es circular, para que la partcula se acelere igual que la ropa en el

centrifugado de la lavadora, cada vez ms y ms rpido, siendo atrada y empujada por los

electroimanes que se ir encontrando en su recorrido endiablado: el primer imn atraer la

partcula, pero justo cuando sta pase de largo, entonces el imn cambiar de polaridad para

repelerla y empujarla hacia el siguiente imn, que la atraer hasta que haya pasado de largo

para cambiar de polaridad, y as sucesivamente.

Al colisionar la partcula contra otra partcula, entonces, tal y como refiere el fsico

terico John Ellis, se pelar una nueva capa de la cebolla de la materia, sin saber lo que nos

vamos a encontrar.

Para conseguir algo as se requiere, como dije, montaas de dinero y una gran

infraestructura. Estamos hablando de cantidades descomunales de dinero para un objetivoque muy pocos estn capacitados para comprender en profundidad (y mucho menos los


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responsables gubernamentales que determinan las partidas presupuestarias para esta clase

de proyectos).

No debemos tampoco creernos unos incapaces por no entender demasiado de qu va todo

esto, pues por ah corre la idea de que si realmente un cientfico cree entender la mecnica

cuntica (la fsica que estudia las partculas) entonces es que no la entiende.

Porque la mecnica cuntica es difcil de entender con un cerebro como el nuestro. Slo se

puede explicar mediante frmulas, el lenguaje universal de las matemticas. Tranquilos, no

voy a someteros a la tortura de enunciar dichas frmulas. Ya coment el fsico Paul

Davies en la revista Nature que es casi imposible para los no cientficos diferenciar entre lo

legtimamente extrao y la simple chifladura.

EL LHC para tontos (III)

El ejemplo ms megalmano de

construccin de aceleradores de partculas empez a concebirse en Estados Unidos, en 1991,

en los alrededores de Waxahachie (Texas). Se llamaba SSC (Superconducting Supercollider).

Esta catedral nuclear iba a resultar verdaderamente monstruosa, mucho ms que el LHC.

Con ms de 84 kilmetros de longitud (imaginad una visita guiada a pie), su coste habra

ascendido a 8.000 millones de dlares y a cientos de millones anuales de mantenimiento.

El SSC sera capaz de generar rayos de 30 TeV (millones y millones de electrn-voltios)

y unos 40 TeV en el centro de masa (ms del doble del LHC).

El Congreso de los Estados Unidos gast 2.000 millones, pero despus de haber excavado un

tnel de ya 22 kilmetros de longitud, amurallado con gruesas paredes de concreto, y sufrir

toda clase de problemas con los plazos de tiempo previstos, los contratistas y otros

imponderables, se cancel el proyecto en 1993 ante el temor de que los costes se

descontrolaran y los resultados acabaran siendo infructuosos.

El cambio de gobierno de Clinton y el inters centrado en una nueva hazaa tcnica, la

construccin de la Estacin Espacial Internacional, hizo que el SSC se olvidara para

siempre. La cosa fue como empezar a levantar el parque de atracciones ms espectacular del

mundo para no abrir jams sus puertas al pblico. Ahora, en Texas, se puede visitar el

vestigio de aquel proyecto: un enorme agujero que no sirve para nada, aunque sin duda es

el agujero ms caro que se ha excavado nunca.


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Pero estos obstculos de financiacin, por suerte, no han tenido lugar en el LHC. Por poco,

eso s.

El LHC parece una gran tubera circular bajo tierra. Lo que nos lleva a otra pregunta

tonta: en qu si diferencia un acelerador de partculas de un tnel para el metro?

El LHC es un tnel subterrneo en forma de crculo de

unos 26 kilmetros de longitud tachonado de 9.300 bobinas magnticas superconductoras

capaces de hacer circular billones de voltios de electricidad.

Su coste fue estimado en 1995 en 1.700 millones de euros junto a otros 140 millones

destinados a los experimentos. Sin embargo, el presupuesto final aprobado en 2008 ha

alcanzado una cifra mucho ms elevada, a la que Espaa aporta el 8,3 % del total:53.929.422 euros.

Es una cifra astronmica. No en vano, se removieron 30.000 metros cbicos de tierra para

poder albergar a 100 metros de profundidad los 1.232 tramos componen este colosal

acelerador. Cada tramo pesa 15 toneladas, y necesita trabajar a 300 grados por debajo de la

temperatura ambiente para convertirse en superconductor, y as ofrecer la mnima

resistencia y prdida de energa.

El acelerador debe permanecer bajo tierra para asegurar la alineacin milimtrica de

sus imanes, lo cual constituye otro reto para esta monstruosa obra civil: se requiere

congelar el suelo del tnel para que las corrientes subterrneas de agua no impidan modelarel terreno.

Pero cmo es la experiencia de estar all abajo? Para quienes no hayis tenido la

oportunidad de visitar el CERN, en el prximo captulo os lo describir.

El LHC para tontos (IV)


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Estar en las entraas donde se aloja

el LHC es una experiencia casi mstica que pude experimentar en mis carnes hace un par de

aos, cuando tuve la oportunidad de viajar hasta all en bicicleta: en plan Camino de

Santiago, pero con mucho ms sentido (al menos para m).

All todo posee proporciones megalticas. Por ejemplo, imaginaos estar en una de las

cavernas principales, de hasta 35 metros de alto (lo equivalente a un edificio de 10 plantas),

30 de ancho y ms de 50 de largo; todo un rcord en el tipo de roca donde se ha

excavado, la arenisca, que es una roca heterognea.

Para ello se han empleado mquinas innovadoras como una enorme tuneladora de 100

metros de longitud que literalmente se come la tierra y que avanza como si fuera un topo

metalrgico, con un dimetro de 3 o 4 metros, a una velocidad media de 30 metros al da.

O los electroimanes que se han construido en diferentes laboratorios y que luego han debido

transportarse en grandes vehculos hasta el CERN, a ritmo de caracol, como si se

transportaran objetos de otro mundo.

En definitiva, un faranico trabajo ininterrumpido de 24 horas al da en el que ms de 450

personas trabajan desde 1999, donde todo se hace con tal precisin que hasta se tiene en

cuenta la fuerza gravitacional de la luna, cuyas fases, segn los ingenieros, podran

desplazar ligeramente las masas de tierra y provocar que fracasara todo el proyecto.

Llegar hasta este artefacto que recorre bajo tierra un inmenso crculo que cruza las fronteras

francesas y suizas no es nada fcil. Bueno, si sois visitantes, tendris determinado acceso.

Os recomiendo que hagis una reserva a travs de su pgina web. La visita es

completamente gratuita y dura media jornada, aunque es desaconsejable para menores de

10 aos. La entrada os permitir acceder a dos programas experimentales, entre ellos

el LHC, a la fbrica de antimateria y al sincrotrn de protones. El itinerario es fijado por la

organizacin en funcin de la disponibilidad de las zonas.
http://www.cern.ch/http://www.cern.ch/


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Si no tenis ganas de reservar con 6 meses de antelacin, os queda la alternativa de visitar

elMicrocosmos, el museo interactivo del CERN pensado para divulgar al gran pblico

(aunque slo el francs, ingls, alemn o italiano) los secretos de la materia: rayos

csmicos, antiprotones, quarks, gluones o el bosn de Higgs. Tambin se puede contemplar

una recreacin de los primeros instantes de vida del universo en los aceleradores de

partculas y entender (dentro de lo posible para los que no somos fsicos) los aparatos

gigantescos que, paradjicamente, se usan para estudiar lo ms pequeo.

Pero si sois fsicos acreditados, podris llegar ms all. Y es que el CERN se parece a unas

instalaciones militares de alto secreto, como en las pelculas de espas. Un pueblecito donde

residen centenares de cientficos de mltiples pases: aqu fue donde se desarroll, entre

otras cosas, laWWW (World Wide Web), en 1989, el protocolo informtico que ahora todos

usamos para navegar por Internet mediante pginas web.

As pues, tras cruzar los accesos exteriores, el fsico de partculas que quiera llegar hasta

el LHCdeber situar sus ojos delante de un escner de pared, tambin como en las pelculas

de espas. El escner compara la red de sus vasos sanguneos en el fondo de su globo

ocular con una base de datos de las personas autorizadas para pasar. Si el acceso es

concedido, entonces el fsico podr entrar a los tneles.

Las entraas del LHC, entonces, quedan a la vista. Y un rpido vistazo confirma que las

inmensas instalaciones son una mezcla entre la grandilocuencia gtica de la catedral de

Ntre Dame y el futurismo de la sala de control de la nave Enterprise.

Y entonces contemplaris lo que os describir en la siguiente y ltima entrega de esta serie

del LHC para tontos.

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