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El Centro Europeo para la Investigación
Nuclear (CERN, por sus siglas en francés) tiene como objetivo la búsqueda de
los componentes básicos de la materia -las partículas elementales- así como su
origen y las fuerzas que actúan
entre ellos.
Tienen el mayor acelerador de partículas del mundo y los instrumentos
científicos más complejos para estudiar los productos resultantes de las
colisiones de las partículas aceleradas a velocidades próximas a la velocidad
de la luz y aprender sobre las leyes de la Naturaleza (http://home.web.cern.ch). De manera irónica,
se dice que algunos físicos para conocer de qué partes está constituido un
automóvil, harían que dos iguales chocaran de frente a la mayor velocidad
posible para reconstruirlo de los miles de trocitos resultantes.
Desde el punto de vista
institucional, el CERN es un laboratorio internacional con 20 estados miembros
(Austria, Bélgica, Bulgaria, la República Checa, Dinamarca, Finlandia, Francia,
Alemania, Grecia, Hungría, Italia, los Países Bajos, Noruega, Polonia,
Portugal, República Eslovaca, España, Suecia, Suiza y el Reino Unido), un
estado candidato (Rumanía), 8 observadores (la Comisión Europea, India, Israel,
Japón, la Federación Rusa, Turquía, la UNESCO y los EE.UU.) y varios países “no
miembros asociados” donde se incorpora México. Emplea a poco menos de 2400
personas. Además, otros 10,000 científicos visitan al CERN para llevar a cabo
su investigación, representando a 608 universidades y 113 nacionalidades.
El acelerador de partículas más importante del CERN
es el llamado Gran Colisionador de Hadrones (LHC, en inglés), y es el más
grande y más potente del mundo. Es grande porque su circunferencia es de 27
kilómetros, colisionador porque las partículas que viajan en los haces chocan o
colisionan y hadrones porque son el tipo de partículas (protones o iones) que
forman los haces. La inversión para construir el LHC fue de 60,000 millones de
pesos. Se puso en marcha el 10 de septiembre de 2008, y sus instalaciones están
dentro de un anillo de 27 kilómetros, a 100 metros de profundidad. En el interior del acelerador, dos haces de partículas de alta
energía viajan a casi a la velocidad de la luz antes de obligar a que choquen
entre ellos. Los haces viajan en direcciones opuestas dentro de tubos, cuyos interiores
están al ultra alto vacío, y que son acelerados por sistemas de
radio-frecuencia. Ellos son guiados alrededor del anillo por campos magnéticos muy
fuertes generados por electro-imanes superconductores, fabricados con alambres
muy especiales que operan en estado superconductor; es decir, conducen la
electricidad sin resistencia y por lo tanto sin pérdida de energía. Para lograr
dicho estado superconductor, se requiere que los imanes estén a -271.3 grados
centígrados, lo que necesita un sistema de enfriamiento a base de helio
líquido.
Miles
de imanes de diferentes variedades y tamaños son utilizados para dirigir los
haces alrededor del anillo, entre otros: 1232 dipolos magnéticos de 15 metros
de largo cada uno para doblar los haces y 392 cuadrupolos de entre 5 y 7 metros
de largo para enfocar a los haces. Justo antes de la colisión se utiliza otro
tipo de imán para compactar al haz e incrementar las probabilidades de chocar.
Hacer chocar a las partículas pequeñas que viajan en el haz se considera equivalente
a disparar dos agujas que se encuentran 10 kilómetros separadas y lograr que
colisionen a la mitad del camino.
Cada
protón que viaja en el anillo del LHC tiene una energía de 7 TeV, así que
cuando chocan dos la energía de la colisión es de 14 TeV. Si chocan iones de
plomo, que tienen muchos protones, la energía de colisión es de 1150 TeV. Ambas
cifras no se habían logrado en ningún laboratorio del mundo. Sin embargo, en
una colisión lo realmente importante es la concentración de la energía. De hecho,
1 TeV es la energía empleada al volar por un mosquito. Lo que hace al LHC tan
extraordinario es que compacta a la energía en un espacio que equivale a un
billonésimo del ocupado por el mosquito.
Nuestro
entendimiento actual del Universo es incompleto. Así, los objetivos científicos
más importantes del LHC están relacionados con responder a cuestiones no
resueltas por el Modelo Estándar de la Física, que es el mejor para describir
el mundo físico que conocemos. Este Modelo Estándar no ofrece una descripción
unificada de todas las fuerzas fundamentales, que podría ser entendido si se
detectan las partículas súper-simétricas más ligeras. Tampoco explica las
observaciones cosmológicas y astrofísicas que muestran que toda la materia
visible corresponde a sólo el 4 por ciento del Universo, y se está buscando
detectar alguna partícula neutra súper-simétrica que conforme a la materia y
energía obscuras, 23 y 73 por ciento del Universo, respectivamente. Además,
ayudará a investigar el misterio del desequilibrio entre materia y antimateria,
que deberían haber sido producidas en las mismas cantidades durante el Big-Bang
pero, según nuestras observaciones, el Universo sólo está hecho de materia. Finalmente,
las colisiones entre iones pesados en el LHC podrán darnos una imagen del
estado de la materia en los primeros instantes del Universo: la sopa primigenia
o el plasma quark-gluón.
El
año pasado, experimentos en el LHC ya dieron resultados fundamentales para
asegurar al Modelo Estándar como el mejor para nuestra explicación del
Universo. Al detectar al bosón de Higgs, se logra la confirmación experimental
de la teoría que explica el origen de la masa y porqué algunas partículas son
muy pesadas y otras ni siquiera tienen masa.
Un
reto enorme es transformar la información generada en un experimento del LHC en
conocimiento, ya que 150 millones de sensores entregan datos 40 millones de
veces por segundo. Ya filtrada la información de manera automática, habrá 100
colisiones de interés por segundo, lo que representa almacenar y distribuir una
cantidad de datos equivalentes a 700 MB por segundo.
Los
retos científicos que se plantearon resolver con el LHC son de largo plazo, 10
años de construcción y 20 años de operación. Las necesidades de ingeniería,
materiales y comunicaciones, entre otras, no se podían comprar en el mercado,
debieron de innovar en todos los aspectos. Como resultado de estos avances, en
el CERN se descubrieron la world wide web, las pantallas táctiles, softwar
para clasificación e identificación de materiales, detectores de silicio con
resolución de 200 millonésimas de millonésima de segundo, máquinas de terapia
de hadrones contra tumores y sistemas para identificar el funcionamiento de
diferentes partes del cerebro –diagnóstico del Alzheimer no intrusivo, entre
muchos otros.
En
el CERN ya están planeando la siguiente etapa al LHC. Se trata del Colisionador
Lineal Compacto, que hará chocar a un electrón contra un positrón en un blanco
de un nanómetro de tamaño, será de 22 kilómetros de largo, no requiere de
tecnología de bajas temperaturas y el rango nominal de energías será de 3 TeV.
El prototipo para demostrar el concepto es de 15 metros de largo y estará
terminado en 2017, cuando se esperan su aprobación financiera. Se empezaría a
construir en 2020, con tecnología aún no conocida, y empezará a funcionar en
2030. Están colaborando 20 países alrededor del mundo.
En
Morelos, debemos apropiarnos de esa mentalidad de innovar en ciencia,
fundamento del CERN. ¿Qué macro-proyecto debemos emprender? ¿Sólo uno o dos más
pequeños? ¿En biotecnología, energía, salud, física o química? Impulsemos
también la innovación basada en ciencia.
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