LA MÁQUINA DE DIOS

Foto: Sur
Por Mario Díaz*


Esta semana que pasó, el miércoles 30 de marzo para ser más precisos, la “máquina más cara del mundo” alcanzó por primera vez su potencia de diseño. Esto significa que su actividad recién va a comenzar ahora. Conseguir este logro llevó veinte años de trabajo, en los que se han involucrado aproximadamente unos diez mil científicos e ingenieros de todo el mundo.

¿Por qué la llaman irreverentemente la máquina de Dios? Tal vez por que es la máquina más cara del mundo, o porque es la más grande y poderosa. Pero no sólo es la más cara, sino que es también la heladera más grande y más fría del mundo y, a la vez, consigue las temperaturas más altas que se conozcan en nuestra galaxia.

¿Qué es esta máquina tan poderosa?
El nombre correcto de la máquina es Gran Colisionador de Hadrones, o LHC por sus siglas en inglés. Está ubicada en la frontera entre Suiza y Francia, no muy lejos de Ginebra. Es operada por el famoso Centro Europeo para la Investigación Nuclear, o Cern de acuerdo a sus siglas en francés. Los hadrones son esencialmente componentes de los núcleos atómicos como los protones, que a su vez están hechos de partículas más elementales llamados quarks. Las colisiones, choques, de estos hadrones se producen a energías altísimas. A su vez, estas energías se consiguen acelerando las partículas a lo largo de un túnel circular cavado a unos 100 metros ( y, a veces, más) por debajo del nivel del suelo. La circunferencia del túnel es de casi 30 kilómetros. Para tener una mejor idea de la magnitud del área cubierta por esta máquina, basta pensar que es similar al área de la ciudad de Buenos Aires contenida entre el Río de la Plata y Caballito ( de este a oeste) y entre Pompeya y Palermo (de sur a norte). Las aceleraciones alcanzadas por las partículas son tales que les permiten en el momento del choque alcanzar una velocidad igual a 99,9999991 % de la velocidad de la luz (que, a más de mil millones de kilómetros por hora, es la mayor velocidad posible en la naturaleza). Para aumentar la energía que se consigue en el choque, las partículas son aceleradas en haces paralelos y en direcciones opuestas, produciendo un choque frontal en el que se alcanzan energías inimaginables en cualquier otro contexto. Los hadrones realizan ese viaje en tubos paralelos a lo largo de la circunferencia del acelerador con un alto vacío en su interior. Y recorren todo el largo del anillo con una persistencia envidiable: 11.245 veces por segundo; ¡en 10 horas la longitud total que recorren es equivalente a un viaje de ida y vuelta al planeta Neptuno!

Cuando al comienzo de este artículo decía que el LHC alcanzó su potencia de diseño, me refería a que se consiguió que la energía producida en los choques de protones con partículas más pesadas como núcleos de plomo haya llegado a los 14 Tera electrón voltios. ¿Qué significa esta medida de energía que muy poco dice a quienes no son físicos? Un Tera (prefijo que denota 1 billón -o trillón en la manera de contar anglosajona-) electrón voltio es la energía que despliega un mosquito cuando vuela. No parece mucho. No hay que equivocarse: estos 14 Tera-electrón-voltios se producen en una región pequeñísima. El volumen en el que se producen estas colisiones es aproximadamente cien mil billones de veces más pequeño que el que ocupa un mosquito. Es decir, la densidad de esta energía (energía por unidad de volumen) es realmente enorme. Se puede apreciar mucho mejor si uno se refiere a las temperaturas que se alcanzan, que es otra manera de considerar la intensidad de esa energía: el centro de nuestro Sol alcanza una temperatura de unos 100 millones de grados centígrados. ¡Un Tera-electronvoltio es equivalente a una temperatura casi mil millones de veces mayor!

Y precisamente ése es el principal objetivo de esta gran máquina: alcanzar las altísimas temperaturas que corresponden a las que existían en nuestro universo… ¡una diez mil millonésima-ava parte de segundo después de su "creación"!

Todas las teorías que tienen fundamento experimental y observacional apuntan a un comienzo de nuestro universo originado en una gran explosión que ocurrió hace aproximadamente trece mil millones de años. Todo lo más que sabemos de nuestro universo es de cuando ya, más viejo, tenía unos añitos… unos 300.000 para ser exactos.

En una columna (http://www.mariodiaz.org/Mario/Blog_de_Ciencia/Blog_de_Ciencia.html) de mi blog sobre ciencia escrita hace unos meses, hablaba de las siete preguntas que no dejan dormir a los físicos de noche: muchas de estas preguntas podrían ser respondidas por los experimentos que se llevarán a cabo en esta máquina cuasi prodigiosa. ¿De qué está hecho este universo? Todo lo que vemos (y podemos ver bastante lejos en el espacio y en el tiempo) como planetas, estrellas, galaxias, etc. sabemos que sólo representa el 4% de la materia o energía que hay en el universo. ¿Qué es el resto? ¿Cómo es que las partículas elementales (de las que, después de todo, estamos hechos todos) adquirieron masa? ¿Qué estructura debería tener una teoría que unificara la gravedad, la fuerza que es universal pero que no se parece en nada a las otras, con las tres otras fuerzas básicas del universo, como el electromagnetismo y las fuerzas nucleares fuertes y débiles.

Las preguntas que podríamos llegar a responder con los experimentos y análisis de los datos que se obtengan (algo que va a llevar bastante tiempo) son de por sí apasionantes.

Otro aspecto, distinto pero igualmente interesante, de este emprendimiento, es el costo y la naturaleza del mismo. El costo de este experimento gigante es de unos cuatro mil millones de euros. Para poder comparar, el costo de un shuttle espacial de la Nasa es apenas un poco menos de la mitad, pero aun más significativo es compararlo con el presupuesto de operaciones anuales de la Fórmula 1 de automovilismo deportivo que es un poco más de la mitad del costo del LHC.

¿Para qué sirve lo que se pueda llegar a descubrir? ¿Qué importancia tiene responder a estas preguntas esotéricas que desvelan a los físicos, que después de todo, como es sabido, somos seres extraños, complejos y asociales?

Cada vez que alguien me hace esta pregunta me gusta responder con un ejemplo: a mediados del siglo XIX, un escocés de nombre James Clerk Maxwell descubrió unas ecuaciones que describían completamente el electromagnetismo. No sólo eso: "jugando" matemáticamente con ellas, descubrió que los campos electromagnéticos eran solución de una ecuación muy conocida ya entonces: la ecuación de ondas. Es decir, esas ondas electromagnéticas podían transportar energía y viajar. Nadie hubiera podido contestar para qué servían las ondas electromagnéticas entonces. Y hoy no podríamos imaginar el siglo XX o el XXI sin radio, televisión, las comunicaciones y la electrónica.

La capacidad de trabajar en equipos con tanta gente, miles de científicos, de una manera coordinada y ejecutiva, es un aspecto tremendamente importante de la ciencia de gran escala. Tengo la suerte de participar en un esfuerzo de una envergadura algo más pequeña pero igualmente notable, el que involucra a casi mil científicos, con un presupuesto de algo más de la mitad de mil millones de dólares: la colaboración científica LIGO-VIRGO, cuya meta es la detección por primera vez de la radiación gravitacional, predicha por la teoría de Einstein. Debido a la experiencia que he adquirido participando en estas colaboraciones enormes, me identifico con experimentos como el LHC, pero no puedo dejar de admirarme al mismo tiempo de este aspecto del ingenio humano. Estas colaboraciones multitudinarias empezaron por primera vez hace ya unos setenta años cuando los gobiernos de las grandes potencias decidieron utilizar esa capacidad creativa de los físicos y científicos en general para crear una máquina energética espantosamente destructiva: la bomba atómica.

El LHC es un ejemplo maravilloso de la creatividad humana, justificado en cada centavo que se gasta en él. Lo hermoso sería que el conocimiento adquirido se utilice creativamente por toda la sociedad para desarrollarla de una manera más armoniosa y justa.

* Físico - Director del Centro de Astronomía de Ondas Gravitacionales de la Universidad de Texas en Brownsville.
Publicado en Miradas al Sur