El pasado mes de junio participé en una estancia de una semana en el laboratorio de física de partículas más importante del mundo, el Centro Europeo para la Investigación Nuclear (CERN).
El CERN es un gigantesco laboratorio ubicado en Meyrin (un pueblecito al lado de Ginebra) creado y mantenido por un consorcio de más de 20 países europeos (España forma parte del mismo) y constituye un ejemplo de las ventajas de la colaboración internacional en materia de ciencia y tecnología. El CERN dispone de un presupuesto anual de más de 1.000 millones de euros y en él trabajan más de 10.000 científicos de un centenar de nacionalidades. Alcanzó su mayor fama en 2012 por el descubrimiento de una partícula denominada bosón de Higgs; lo cual confirmaba que el marco teórico sobre la constitución de la materia planteado a comienzos de los años 60, el modelo estándar, era correcto. Este descubrimiento colocó al CERN en la portada de toda la prensa internacional y culminó con la concesión del premio nobel de Física a Peter Higgs y François Englert, por el descubrimiento teórico del mecanismo que proporciona masa a las partículas fundamentales, el campo de Higgs.
Los experimentos que se realizan en un laboratorio de física de partículas tienen como objetivo investigar acerca de las partículas fundamentales que constituyen la materia que forma todo el universo, medir sus propiedades (carga, masa, espín, etc.), confirmar o desmentir las predicciones teóricas e, indirectamente, desvelar todas las incógnitas que tenemos sobre el origen del universo, la materia oscura o la energía oscura. De forma colateral, en estos laboratorios, se desarrollan tecnologías que aportan importantes mejoras a la sociedad en otras áreas. Entre ellas, no podemos olvidar que el sistema de hipertexto que se utiliza en Internet, conocido como la World Wide Web (WWW), fue desarrollado en el CERN entre los años 1989-90 por Tim Berners-Lee. O en el campo de la medicina nuclear, donde las primeras imágenes de la tecnología PET (Tomografía por emisión de positrones) fueron realizadas hace ya más de 40 años en este centro. O más reciente, la terapia con hadrones para luchar contra el cáncer, que se está perfeccionando en colaboración con el centro MedAustron de Austria.
Las infraestructuras instaladas en el CERN son aceleradores y detectores de partículas, y todo el equipamiento adicional electrónico e informático para realizar el análisis de los datos obtenidos. El acelerador más famoso es el LHC (Gran Colisionador de Hadrones), que tiene forma circular, mide 27 km de perímetro y se encuentra instalado en un túnel subterráneo a una profundidad de 100 metros bajo tierra, donde dos haces de protones son acelerados en sentidos opuestos hasta alcanzar una velocidad muy próxima a la de la luz, para posteriormente hacerlos chocar en el interior de unas gigantescas cavidades donde se ubican los detectores de partículas. De la colisión, surgen nuevas partículas que a su vez se desintegran en otras, y son detectadas y medidas sus propiedades con gigantescos aparatos denominados detectores. Los más conocidos del CERN son el CMS (Solenoide Compacto de Muones) y el ATLAS (Aparato Toroidal del LHC). Para poder hacerse a la idea de la magnitud de estas instalaciones, aquí van algunos datos:
- Los 27 km del LHC se mantienen a una temperatura de funcionamiento de -271 º C (dos grados por encima del cero absoluto)
- Los imanes superconductores tienen una masa superior a las 37 toneladas y la longitud del cable superconductor usado supera los 7.600 km.
- La energía almacenada en los imanes equivale a la energía de un avión Airbus A380 a 700 km/h.
- Con la energía almacenada en los haces de protones se podría fundir una tonelada de cobre.
- La inversión realizada en el LHC supera los 6.500 millones de euros.
El LHC en el interior del túnel subterráneo
El CERN, en un intento de fomentar el interés por la física de partículas y hacer partícipes de la investigación a los estudiantes de niveles no universitarios, organiza programas de formación para profesores de física con el objetivo de que lo extiendan entre el alumnado. Dichos programas consisten en estancias temporales, generalmente de una semana, donde se combinan sesiones formativas, talleres prácticos y visitas a las instalaciones.
Lo primero que sorprende cuando uno llega al CERN son sus dimensiones: 2 sedes principales y 15 secundarias, más de 600 edificios, 70 kilómetros de túneles, 30 km de carreteras, 80 cavernas experimentales, 3 hoteles en su interior (495 habitaciones para albergar al personal temporal) y una superficie total de 636 hectáreas.
En la estancia del pasado mes de junio, participamos 50 profesores de toda España. Nos alojamos en uno de los hoteles interiores del laboratorio y pudimos compartir espacios y experiencias con los investigadores que trabajan allí. A lo largo de la semana de trabajo, en las sesiones matinales, recibimos charlas teóricas sobre el modelo estándar, los diversos experimentos que se realizan allí, el descubrimiento del bosón de Higgs, la materia y la antimateria, la física de los neutrinos, las fronteras de la física actual, el funcionamiento de los aceleradores y detectores de partículas, el tratamiento informático de los datos obtenidos y la interpretación de los resultados.
Posteriormente, realizamos talleres prácticos donde pudimos trabajar con datos reales obtenidos en los detectores y visionar los datos extraídos de los detectores de partículas, y aprendimos a interpretar los resultados obtenidos mediante análisis estadísticos. Realizamos también sesiones de laboratorio donde construimos una cámara de niebla y pudimos observar las trazas que dejan las partículas en la misma (experimento que vamos a reproducir en el instituto en los próximos meses).
Además tuvimos la oportunidad de visitar muchas instalaciones: la fábrica de antimateria, el centro de control, el centro de cálculo, el microcosmos o la biblioteca. En el CERN, hay una máxima y es que uno puede acceder a cualquier dependencia donde la puerta esté abierta.
Pero la visita estrella fue, sin lugar a dudas, el detector CMS, una máquina de 21 metros de largo, 16 metros de diámetro y más de 13.000 toneladas. Está ubicada en una caverna subterránea a 100 metros de profundidad. Las colosales dimensiones sorprenden a cualquier visitante y por ello se dice que estas máquinas son las “catedrales de la ciencia”. El CMS fue uno de los detectores en los que se verificó la existencia del bosón de Higgs.
No faltaron, por supuesto, actividades lúdicas, como la gynkana por Ginebra o la degustación de una exquisita fondue de queso; si bien el tiempo no acompañó, ya que tuvimos una ola de calor de 38º a la sombra. También tuvimos largas tertulias entre profesores e investigadores, entre los que cabe destacar a John Ellis, profesor del King’s College (Cambridge) y galardonado con múltiples premios (Mayhew Prize, Maxwell and Paul Dirac Medal and Prize). Una experiencia inolvidable y muy recomendable para otros compañeros.
Miguel Ríos Martín
Doctor en Física Teórica
Profesor del IES Navarro Villoslada de Pamplona