¡Diez años! Diez años desde que comenzaron las operaciones del Gran Colisionador de Hadrones (LHC), una de las máquinas más complejas jamás creadas. El LHC es el acelerador de partículas más grande del mundo y está enterrado a 100 metros bajo el campo francés y suizo; tiene una circunferencia de 17 millas.
El 10 de septiembre de 2008, se hicieron circular por primera vez protones, el núcleo de un átomo de hidrógeno, por el acelerador LHC. Sin embargo, la emoción duró poco: el 22 de septiembre se produjo un incidente que dañó más de 50 de los más de 6.000 imanes del LHC, esenciales para mantener los protones en su trayectoria circular. Las reparaciones llevaron más de un año, pero en marzo de 2010 el LHC comenzó a hacer colisionar protones. El LHC es la joya de la corona del CERN, el laboratorio europeo de física de partículas que se fundó después de la Segunda Guerra Mundial con el objetivo de reunir y reconstruir la ciencia en una Europa devastada por la guerra. Ahora, científicos de seis continentes y 100 países realizan experimentos allí.
Quizá se pregunten qué hace el LHC y por qué es tan importante. Son muy buenas preguntas. El LHC hace colisionar dos haces de protones a las energías más altas jamás alcanzadas en un laboratorio. Seis experimentos ubicados alrededor del anillo de 17 millas estudian los resultados de estas colisiones mediante enormes detectores construidos en cavernas subterráneas. Eso es lo que hace; pero ¿por qué? El objetivo es comprender la naturaleza de los componentes básicos más fundamentales del universo y cómo interactúan entre sí. Esta es la ciencia fundamental en su expresión más básica.
El LHC no ha decepcionado. Entre los descubrimientos realizados con el LHC se encuentra el bosón de Higgs, cuya existencia se llevaba mucho tiempo buscando, predicho en 1964 por científicos que trabajaban para combinar teorías de dos de las fuerzas fundamentales de la naturaleza.
Trabajo en uno de los seis experimentos del LHC: el experimento Compact Muon Solenoid diseñado para descubrir el bosón de Higgs y buscar indicios de partículas o fuerzas hasta ahora desconocidas. Mi institución, la Universidad Estatal de Florida, se incorporó a la colaboración Compact Muon Solenoid en 1994, cuando yo era un joven estudiante de posgrado en otra universidad y trabajaba en un experimento distinto, en otro laboratorio. La planificación del LHC se remonta a 1984. Fue difícil y costoso construirlo —costó 10.000 millones de euros— y su realización llevó 24 años. Ahora celebramos 10 años desde que el LHC comenzó a funcionar.
Descubrimientos del LHC
El descubrimiento más importante logrado hasta ahora gracias al LHC es el descubrimiento del bosón de Higgs el 4 de julio de 2012. El anuncio se hizo en el CERN y cautivó a una audiencia mundial. De hecho, mi esposa y yo lo vimos por transmisión web en el televisor de pantalla grande de nuestra sala de estar. Como el anuncio fue a las 3 de la madrugada, hora de Florida, después fuimos a IHOP a celebrar con panqueques.
El bosón de Higgs era la última pieza que faltaba de lo que llamamos el modelo estándar de la física de partículas. Esta teoría abarca todas las partículas fundamentales conocidas —17 en total— y tres de las cuatro fuerzas mediante las que interactúan, aunque todavía no incluye la gravedad. El modelo estándar es una teoría sometida a pruebas rigurosas. Dos de los seis científicos que desarrollaron la parte del modelo estándar que predice el bosón de Higgs ganaron el Premio Nobel en 2013.
A menudo me preguntan por qué seguimos realizando experimentos, haciendo colisionar protones, si ya hemos descubierto el bosón de Higgs. ¿Acaso no hemos terminado? Todavía queda mucho por comprender. Hay varias preguntas que el modelo estándar no responde. Por ejemplo, los estudios de las galaxias y otras estructuras de gran escala del universo indican que hay mucha más materia de la que observamos. La llamamos materia oscura porque no podemos verla. La explicación más aceptada hasta la fecha es que la materia oscura está formada por una partícula desconocida. Los físicos esperan que el LHC pueda producir esta partícula misteriosa y estudiarla. Sería un descubrimiento asombroso.
La semana pasada, las colaboraciones ATLAS y Compact Muon Solenoid anunciaron la primera observación de la desintegración del bosón de Higgs, o su fragmentación, en quarks fondo. El bosón de Higgs se desintegra de muchas maneras distintas: algunas son poco frecuentes y otras, comunes. El modelo estándar predice con qué frecuencia ocurre cada tipo de desintegración. Para poner a prueba el modelo por completo, debemos observar todas las desintegraciones previstas. Nuestra reciente observación concuerda con el modelo estándar: otro éxito.
Más preguntas, más respuestas por venir
Hay muchos otros enigmas en el universo y quizá necesitemos nuevas teorías físicas para explicar fenómenos como la asimetría entre materia y antimateria —que explicaría por qué el universo contiene más materia que antimateria— o el problema de la jerarquía para entender por qué la gravedad es mucho más débil que las otras fuerzas.
Pero, para mí, la búsqueda de datos nuevos e inexplicados es importante porque, cada vez que los físicos creen haberlo entendido todo, la naturaleza nos sorprende y nos lleva a comprender mejor nuestro mundo.
El LHC sigue poniendo a prueba el modelo estándar de la física de partículas. A los científicos les encanta que la teoría coincida con los datos, pero normalmente aprendemos más cuando no coincide. Eso significa que no comprendemos del todo lo que ocurre. Y ese es, para muchos de nosotros, el objetivo futuro del LHC: descubrir indicios de algo que no entendemos. Hay miles de teorías que predicen fenómenos físicos nuevos que aún no hemos observado. ¿Cuáles son correctas? Necesitamos un descubrimiento para averiguar si alguna lo es.
El CERN tiene previsto mantener las operaciones del LHC durante mucho tiempo. Estamos planificando mejoras en el acelerador y los detectores para que pueda funcionar hasta 2035. No está claro quién se jubilará primero: el LHC o yo. Hace diez años esperábamos con impaciencia los primeros haces de protones. Ahora estamos ocupados estudiando una gran cantidad de datos y esperamos una sorpresa que nos lleve por un camino nuevo. Brindemos por los próximos 20 años.
