El mayor laboratorio de física de partículas del mundo, CERN, comienza a escribir hoy un nuevo capítulo en su historia después de hitos científicos como el descubrimiento del bosón de Higgs en 2012. Los investigadores quieren ahora que el Gran Colisionador de Hadrones (LHC, por sus siglas en inglés), su acelerador de partículas, entre en una nueva era. Para ello hoy han arrancado los trabajos de ingeniería civil hacia el desarrollo del LHC de Alta Luminosidad (HL-LHC).

El Gran Colisionador de Hadrones es el mayor acelerador de partículas del mundo. Ubicado en las proximidades de Ginebra, el LHC consiste en un anillo de 27 kilómetros de circunferencia situado a 100 metros de profundidad bajo la superficie. En su interior se hacen girar haces de partículas en unas condiciones especiales, a velocidades cercanas a las de la luz, a una temperatura inferior a la del espacio exterior y prácticamente en vacío. El objetivo de los científicos, desde que se inauguró el acelerador, es realizar experimentos para estudiar los componentes básicos de la materia y la fuerza que los une.

Los haces de protones giran dentro del túnel y colisionan en cuatro puntos diferentes, unos choques que generan a su vez nuevas partículas. Los investigadores analizan las colisiones y las partículas para entender mejor las leyes de la naturaleza. ¿El problema? Los fenómenos que buscan ocurren con una probabilidad muy baja, por lo que se necesita una gran cantidad de datos para detectarlos y estudiarlos. Para avanzar en las investigaciones, el trabajo que ha comenzado hoy intentará mejorar estas cifras aumentando la luminosidad del LHC.

Por qué aumentará el brillo del LHC

La luminosidad es un término que hace referencia al número de colisiones potenciales por unidad de superficie y tiempo de un acelerador de partículas y que se mide en femtobarns inversos, que equivalen a 100 billones de colisiones entre protones (1012). Desde sus comienzos hasta finales de 2018, según el Centro Nacional de Física de Partículas, Astropartículas y Nuclear (CPAN), el LHC habrá obtenido 150 femtobarns inversos de datos, una cifra que llegará a los 250 femtobarns inversos anuales en el caso del HL-LHC. El nuevo acelerador podrá acumular hasta 4.000 femtobarns inversos.

La llegada del HL-LHC permitirá aumentar la luminosidad actual en un factor 5 o 7 —en la actualidad el acelerador produce 1.000 millones de colisiones entre protones por segundo, apunta el CERN en un comunicado—. Este incremento hará que los científicos cuenten con diez veces más de datos de 2026 a 2036, lo que a su vez ayudará a estudiar fenómenos físicos poco frecuentes y realizar investigaciones más precisas de otros eventos ya conocidos. Entre los objetivos del laboratorio de Ginebra, se encuentran describir con mayor precisión las propiedades del bosón de Higgs, que protagonizó el premio Nobel de Física de 2013, o realizar avances en teorías como la supersimetría.

“El LHC de Alta Luminosidad extenderá el alcance del LHC más allá de su objetivo inicial, aportando nuevas oportunidades para lograr nuevos descubrimientos, medir las propiedades de partículas como el bosón de Higgs con mayor precisión y explorar los constituyentes fundamentales de la naturaleza de forma aún más profunda”, asegura en un comunicado Fabiola Gianotti, directora general del CERN —y primera mujer en liderar esta institución—. La física italiana aseguró en una rueda de prensa a la que asistió Hipertextual que “el dinero que se invierte en ciencia fundamental es rentable”. El presupuesto asignado para los próximos diez años es de 950 millones de francos suizos, lo que equivale a 820 millones de euros.

Para aumentar el número de colisiones es necesario disminuir el tamaño del haz de partículas en los puntos de interacción, con el fin de incrementar las posibilidades de que los protones choquen entre sí. Para ello se necesitan 130 imanes nuevos, cuya instalación requiere de obras —que arrancaron el pasado mes de abril, aunque hoy haya sido la ceremonia oficial— para mejorar el suministro de energía y los sistemas de refrigeración o ventilación. Los trabajos para el desarrollo del nuevo HL-LHC cuentan con una importante participación española. El CIEMAT se encarga de un prototipo de imán superconductor para corregir la trayectoria en vertical y horizontal de las partículas, mientras que otros centros como el IFAE y el IFIC trabajan en los sistemas de lectura y selección de eventos. Aunque el acelerador de partículas continuará funcionando, tendrá que hacer varias paradas técnicas en el futuro, con el fin de que el LHC de Alta Luminosidad esté listo a partir de 2026.