Gran Colisionador de Hadrones

Gran Colisionador de Hadrones (LHC), el acelerador de partículas más potente del mundo. El LHC fue construido por la Organización Europea para la Investigación Nuclear (CERN) en el mismo túnel de 27 km (17 millas) que albergaba su Gran Colisionador de Electrones-Positrones (LEP). El túnel es circular y está situado a 50-175 metros bajo tierra, en la frontera entre Francia y Suiza. El LHC realizó su primera operación de prueba el 10 de septiembre de 2008. El 18 de septiembre, un problema eléctrico en un sistema de refrigeración provocó un aumento de la temperatura de unos 100 °C (180 °F) en los imanes, que deben funcionar a temperaturas cercanas al cero absoluto (-273,15 °C, o -459,67 °F). Las primeras estimaciones de que el LHC se arreglaría rápidamente resultaron ser demasiado optimistas. Se reinició el 20 de noviembre de 2009. Poco después, el 30 de noviembre, suplantó al Tevatrón del Laboratorio Nacional de Aceleración Fermi como el acelerador de partículas más potente cuando impulsó protones a energías de 1,18 teraelectronvoltios (TeV; 1 × 1012 electronvoltios). En marzo de 2010, los científicos del CERN anunciaron que un problema en el diseño del cable superconductor del LHC requería que el colisionador funcionara sólo a media energía (7 TeV). El LHC se apagó en febrero de 2013 para solucionar el problema y se reinició en abril de 2015 para funcionar a su máxima energía de 13 TeV. Una segunda parada larga, durante la cual se actualizarían los equipos del LHC, comenzó en diciembre de 2018 y está previsto que finalice a finales de 2021 o principios de 2022.

El corazón del LHC es un anillo que recorre la circunferencia del túnel del LEP; el anillo tiene sólo unos centímetros de diámetro, está evacuado a un grado mayor que el espacio profundo y enfriado a dos grados del cero absoluto. En este anillo, dos haces de iones pesados o protones, que giran en sentido contrario, se aceleran a velocidades inferiores a una millonésima parte de la velocidad de la luz. (Los protones pertenecen a una categoría de partículas subatómicas pesadas conocidas como hadrones, lo que explica el nombre de este acelerador de partículas). En cuatro puntos del anillo, los haces pueden cruzarse y una pequeña proporción de partículas chocan entre sí. A máxima potencia, las colisiones entre protones se producirán con una energía combinada de hasta 13 TeV, unas siete veces más de lo que se ha conseguido hasta ahora. En cada punto de colisión hay enormes imanes que pesan decenas de miles de toneladas y bancos de detectores para recoger las partículas producidas por las colisiones.

El proyecto ha tardado un cuarto de siglo en realizarse; la planificación comenzó en 1984 y el visto bueno final se dio en 1994. Miles de científicos e ingenieros de docenas de países participaron en el diseño, la planificación y la construcción del LHC, y el coste de los materiales y la mano de obra fue de casi 5.000 millones de dólares; esto no incluye el coste del funcionamiento de los experimentos y los ordenadores.

Un objetivo del proyecto LHC es comprender la estructura fundamental de la materia recreando las condiciones extremas que se dieron en los primeros momentos del universo según el modelo del big-bang. Durante décadas, los físicos han utilizado el llamado modelo estándar para las partículas fundamentales, que ha funcionado bien pero tiene puntos débiles. En primer lugar, y lo más importante, no explica por qué algunas partículas tienen masa. En la década de 1960, el físico británico Peter Higgs postuló una partícula que había interactuado con otras partículas al principio del tiempo para dotarlas de su masa. El bosón de Higgs nunca se había observado: sólo debía producirse en colisiones en un rango de energía no disponible para los experimentos antes del LHC. Tras un año de observación de colisiones en el LHC, los científicos anunciaron en 2012 que habían detectado una interesante señal que probablemente correspondía a un bosón de Higgs con una masa de unos 126 gigaelectronvoltios (mil millones de electronvoltios). Datos posteriores confirman definitivamente esas observaciones como las del bosón de Higgs. En segundo lugar, el modelo estándar requiere algunas suposiciones arbitrarias, que algunos físicos han sugerido que pueden resolverse postulando otra clase de partículas supersimétricas; éstas podrían ser producidas por las energías extremas del LHC. Por último, el examen de las asimetrías entre las partículas y sus antipartículas puede proporcionar una pista sobre otro misterio: el desequilibrio entre la materia y la antimateria en el universo.