El laboratorio de física de partículas CERN publica su proyecto para construir un colisionador de protones de 100 kilómetros.
Europa quiere albergar el mayor acelerador de partículas de la Tierra, que se usará para entender de qué está hecho el 95% del universo. El nuevo mastodonte de la física mundial, conocido como Colisionador Circular del Futuro (FCC), se instalará en un túnel subterráneo de 100 kilómetros de perímetro que se construirá en la frontera entre Suiza y Francia. El anillo estará conectado al del LHC —el actual acelerador más potente del mundo— con 27 kilómetros de circunferencia.
Un panel de más de 1.300 científicos de 35 países acaban de presentar el diseño detallado de esta nueva máquina, que tendrá unas siete veces más potencia que su predecesor. La construcción y puesta en marcha de este acelerador definirá la física de partículas durante buena parte de este siglo. Será capaz de alcanzar el próximo nivel en la comprensión del universo, más allá del bosón de Higgs y el resto de partículas elementales que, juntas, describen la materia convencional que compone las estrellas, los planetas, los seres vivos y cualquier otra cosa del universo visible. Toda esa materia supone menos del 5% del cosmos. El resto es totalmente desconocido.
“Usaremos los diferentes aceleradores del laboratorio europeo de física de partículas [CERN] como si fueran las marchas de un coche hasta alcanzar la máxima potencia”, resume Michael Benedikt, jefe del panel de expertos del proyecto.
Gracias a esta instalación científica se podrán responder “grandes preguntas abiertas de la física”, explica el físico. La primera es entender por primera vez de qué está hecha la materia oscura, invisible a los telescopios, pero con un empuje gravitacional que es fundamental para que las galaxias sean tal y como las vemos desde la Tierra. Este misterioso componente constituye el 27% del universo. Además, el FCC podría empezar a aclarar qué es la energía oscura, la fuerza teóricamente responsable de que los límites del cosmos sigan expandiéndose de forma acelerada y que compone el 68% restante del universo.
Todo en esta nueva máquina es descomunal. Su coste estimado es de 24.000 millones de euros, necesita tecnologías que ni siquiera existen en la actualidad, especialmente imanes superconductores para acelerar y dirigir las partículas, y no estará completada hasta finales de la década de 2050. Europa tiene un gran competidor. China, con todo su potencial económico, va a construir un acelerador muy parecido que podría comenzar a funcionar una década antes.
“Esta máquina alcanzará el máximo de energía posible al que podemos llegar con las tecnologías que conocemos, es nuestro último cartucho”, explica Carlos Lacasta, investigador del Instituto de Física Corpuscular de Valencia y secretario científico del Comité Europeo para Futuros Aceleradores. Los colisionadores como el LHC hacen chocar haces de protones acelerados hasta casi la velocidad de la luz. Al impactar unos con otros se descomponen en partículas elementales. Cuanta más energía alcanza la máquina y más recorrido tienen las partículas en su anillo, más masa tienen las partículas que se generan. El FCC podría ser el primero en producir partículas más masivas que el bosón de Higgs, que ya estarían en el territorio de la física desconocida. “Esta máquina puede confirmar muchas teorías, por ejemplo si es cierto que lo que creemos que son partículas elementales en realidad tienen componentes aún más pequeños, si es cierto que hay más de un bosón de Higgs o si hay el doble de partículas elementales de las que conocemos, como dice la teoría de la supersimetría. El problema es que el modelo que tenemos ya no nos da más pistas de hacia dónde ir, sabemos que tiene que haber mucho más, pero no sabemos qué es”, explica Lacasta.
La nueva instalación entrará en funcionamiento en fases. En la primera, a partir de 2040, usará el túnel de 100 kilómetros para colisionar electrones y positrones, su reverso de antimateria. Este tipo de instalación funcionará como una fábrica de bosones de Higgs que ayudaría a entender en detalle las propiedades de esta partícula. A finales de 2050 comenzaría a funcionar la versión mejorada capaz de colisionar protones, es decir, entrar en la física desconocida.
JAPÓN Y CHINA SON LA CLAVE
Si los planes del CERN se llevan puede haya un vacío de cinco años entre el final de la vida del LHC de alta luminosidad, prevista entorno a 2037, y el arranque del FCC, explica Lacasta. Además la propuesta del CERN puede anular otros proyectos de aceleradores. Por el momento todas las miradas se posan sobre Japón, del que se espera en breve un anuncio sobre si finalmente albergará el Colisionador Lineal Internacional. Se trata de un acelerador con un cuarto de potencia que el actual LHC, pero que permite estudiar el bosón de Higgs y su comportamiento con mucha más limpieza. De forma indirecta podría además atisbar si hay indicios de nueva física. El proyecto ha sufrido importantes recortes por la falta de presupuesto. La decisión de Japón es clave para Europa, que debe declarar a mediados de 2019 qué instalaciones científicas apoya dentro de su estrategia de física de partículas. El FCC recuerda al Supercolisionador Superconductor que EE UU intentó construir en los 90 y que fue abandonado en medio de la polémica por su elevado coste. La nueva máquina europea será aún más cara, aunque el CERN se ha apresurado a recordar que el coste total del LHC fue de 2,5 euros por persona y año en los 22 países que lo financiaron. Ahora queda por ver si la opción del FCC convence a la comunidad internacional y si siguen adelante otros proyectos de aceleradores lineales, una discusión en la que hay opiniones divergentes desde el punto de vista científico y factores políticos y económicos con aún más peso. A todo esto se suma la creciente potencia científica de China, empeñada en hacer las cosas por sí misma, explica Toni Pich, coordinador del Centro Nacional de Física de Partículas, Astropartículas y Nuclear. “He visitado China desde 1992 y tengo un respeto infinito. Al llegar la tecnología era muy básica, iban con muchos años de retraso. Mandaron a un ejército de estudiantes al extranjero para aprender y ya han regresado. Ahora tienen la experiencia y también el dinero, así que creo que realmente pueden construir una máquina de 100 kilómetros y no dudo que en 20 años serán la mayor potencia científica”, explica.