El Gran Colisionador de Hadrones (LHC) es una maravilla de la física de partículas moderna que ha permitido a los investigadores sondear las profundidades de la realidad. Sus orígenes se remontan a 1977, cuando Sir John Adams, antiguo director de la Organización Europea para la Investigación Nuclear (CERN), sugirió la construcción de un túnel subterráneo que pudiera albergar un acelerador de partículas capaz de alcanzar energías extraordinariamente altas, según un artículo de historia de 2015 del físico Thomas Schörner-Sadenius.
El proyecto se aprobó oficialmente veinte años después, en 1997, y se inició la construcción de un anillo de 16,5 millas de largo (27 kilómetros) que pasaba por debajo de la frontera franco-suiza, capaz de acelerar partículas hasta el 99,99% de la velocidad de la luz y hacerlas chocar. Dentro del anillo, 9.300 imanes guían paquetes de partículas cargadas en dos direcciones opuestas a un ritmo de 11.245 veces por segundo, para finalmente reunirlas para una colisión frontal. La instalación es capaz de crear unos 600 millones de colisiones por segundo, arrojando cantidades increíbles de energía y, de vez en cuando, una partícula pesada exótica e inédita. El LHC funciona a energías 6,5 veces superiores a las del anterior acelerador de partículas que ostentaba el récord, el Tevatron del Fermilab, en Estados Unidos.
La construcción del LHC costó un total de 8.000 millones de dólares, de los cuales 531 procedieron de Estados Unidos. Más de 8.000 científicos de 60 países diferentes colaboran en sus experimentos. El acelerador encendió sus haces por primera vez el 10 de septiembre de 2008, colisionando partículas a sólo una diezmillonésima parte de la intensidad de su diseño original.
Antes de que comenzara a funcionar, algunos temían que el nuevo destrozador de átomos destruyera la Tierra, tal vez creando un agujero negro que lo consumiera todo. Pero cualquier físico reputado afirmaría que tales preocupaciones son infundadas.
«El LHC es seguro, y cualquier sugerencia de que pueda presentar un riesgo es pura ficción», dijo el director general del CERN, Robert Aymar, a LiveScience en el pasado.
Eso no quiere decir que la instalación no pueda ser potencialmente dañina si se utiliza de forma inadecuada. Si uno metiera la mano en el haz, que concentra la energía de un portaaviones en movimiento a una anchura inferior a un milímetro, le haría un agujero y luego la radiación del túnel le mataría.
Investigación pionera
Durante los últimos 10 años, el LHC ha hecho chocar átomos para sus dos experimentos principales, ATLAS y CMS, que funcionan y analizan sus datos por separado. Esto es para asegurar que ninguna de las dos colaboraciones influye en la otra y que cada una proporciona un control sobre su experimento hermano. Los instrumentos han generado más de 2.000 artículos científicos sobre muchas áreas de la física de partículas fundamentales.
El 4 de julio de 2012, el mundo científico vio con gran expectación cómo los investigadores del LHC anunciaban el descubrimiento del bosón de Higgs, la última pieza del rompecabezas de una teoría de cinco décadas de antigüedad llamada Modelo Estándar de la física. El Modelo Estándar trata de explicar todas las partículas y fuerzas conocidas (excepto la gravedad) y sus interacciones. Ya en 1964, el físico británico Peter Higgs escribió un artículo sobre la partícula que ahora lleva su nombre, en el que explicaba cómo surge la masa en el universo.
El Higgs es en realidad un campo que impregna todo el espacio y arrastra a todas las partículas que lo atraviesan. Algunas partículas atraviesan el campo más lentamente, lo que corresponde a su mayor masa. El bosón de Higgs es una manifestación de este campo, que los físicos han estado persiguiendo durante medio siglo. El LHC se construyó explícitamente para capturar finalmente esta esquiva presa. Al encontrar finalmente que el bosón de Higgs tenía 125 veces la masa de un protón, tanto Peter Higgs como el físico teórico belga François Englert fueron galardonados con el Premio Nobel en 2013 por predecir su existencia.
Incluso con el Higgs en la mano, los físicos no pueden descansar porque el Modelo Estándar todavía tiene algunos agujeros. Por un lado, no se ocupa de la gravedad, que está cubierta en su mayor parte por las teorías de la relatividad de Einstein. Tampoco explica por qué el universo está hecho de materia y no de antimateria, que debería haberse creado en cantidades más o menos iguales al principio de los tiempos. Y no dice nada sobre la materia oscura y la energía oscura, que aún no se habían descubierto cuando se creó.
Antes de que se encendiera el LHC, muchos investigadores habrían dicho que la siguiente gran teoría es la conocida como supersimetría, que añade parejas gemelas similares pero mucho más masivas a todas las partículas conocidas. Una o más de estas parejas pesadas podrían haber sido un candidato perfecto para las partículas que componen la materia oscura. Además, la supersimetría comienza a entender la gravedad, explicando por qué es mucho más débil que las otras tres fuerzas fundamentales. Antes del descubrimiento del bosón de Higgs, algunos científicos esperaban que el bosón acabara siendo ligeramente diferente de lo que predecía el Modelo Estándar, insinuando una nueva física.
Pero cuando el bosón de Higgs apareció, era increíblemente normal, exactamente en el rango de masa donde el Modelo Estándar decía que estaría. Aunque esto es un gran logro para el Modelo Estándar, ha dejado a los físicos sin ninguna buena pista que seguir. Algunos han empezado a hablar de las décadas perdidas persiguiendo teorías que sonaban bien sobre el papel pero que parecen no corresponderse con las observaciones reales. Muchos esperan que los próximos recorridos de toma de datos del LHC ayuden a aclarar parte de este lío.
El LHC se apagó en diciembre de 2018 para pasar por dos años de actualizaciones y reparaciones. Cuando vuelva a estar en línea, será capaz de hacer chocar átomos con un ligero aumento de energía, pero con el doble de colisiones por segundo. Lo que encontrará entonces es una incógnita. Ya se habla de un acelerador de partículas aún más potente para sustituirlo, situado en la misma zona pero con un tamaño cuatro veces mayor que el LHC. La construcción de este enorme sustituto podría llevar 20 años y 27.000 millones de dólares.