Tras el LHC: Japón y China compiten con Europa por el trono en la física de partículas

Cuando en 1964 Peter Higgs y François Englert propusieron la existencia del que hoy conocemos como bosón de Higgs, probablemente no imaginaron cómo su teoría iba a revolucionar el estudio de la física de partículas. Décadas después, los científicos del CERN (Organización Europea para la Investigación Nuclear), uno de los laboratorios más avanzados y espectaculares ideados por el ser humano, confirmaron la existencia del famoso bosón, dando un paso adelante en la comprensión de las piezas que forman el universo en el que vivimos.

Opinión

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Jordi Pereyra

Confirmada la existencia del bosón, el Gran Colisionador de Hadrones (LHC) del CERN sigue adelante con su trabajo. En marzo de 2015 volvió a ponerse en marcha para un periodo de tres años, en el que los científicos esperan aprender más del bosón, encontrar evidencias de la supersimetría (una hipotética simetría que relacionaría dos tipos de partículas, bosones y fermiones, y ayudaría a explicar la materia oscura) y, quizá, encontrar partículas de materia oscura entre los materiales resultantes de las colisiones.

Pero algunos científicos, previendo que el potencial científico del LHC se agotará algún día, ya están pensando en cuál debe ser el siguiente paso, dónde y cómo construir el próximo gran centro de investigación en el que se intenten responder preguntas que hoy todavía no nos hemos planteado. En esta disyuntiva, Japón y China se postulan como aspirantes para quitarle al CERN el trono de la física de partículas.

El International Linear Collider

ILC son las siglas del International Linear Collider, “la próximas gran aventura en la física de partículas”, según los impulsores del proyecto. Su idea es construir un experimento que complementaría al LHC, aunque con algunas diferencias.

Para empezar, dejaría a un lado la estructura del LHC (un túnel circular de 27 kilómetros de circunferencia) para construir dos aceleradores en los extremos de un túnel lineal de 31 kilómetros de longitud, uno frente a otro, desde los que lanzar a toda velocidad 10.000 millones de electrones y su antipartícula, los positrones, con el objetivo de que choquen hasta 14.000 veces por segundo a niveles altísimos de energía (hasta 500 gigaelectronvoltios). Como resultado de esas colisiones, los científicos pretenden observar, aunque sea por breves instantes, un arco de nuevas partículas que ayuden a entender de qué está formada la materia que forma todo lo que nos rodea.

El uso de electrones y positrones no es casual, y también es una de las diferencias respecto al LHC. En el experimento europeo, el LHC funciona con protones, partículas compuestas por varios quarks, lo que genera un batiburrillo de materiales de desecho tras cada colisión, dificultando su posterior estudio. Los impulsores del ILC apuestan porque utilizando electrones y antielectrones, partículas fundamentales (y por tanto indivisibles), los resultados serán mucho más claros.

Japón se postula, pero con dudas

De momento, el ILC es un proyecto, cuyo diseño y planificación corre a cargo de un grupo de trabajo internacional en el que participan científicos europeos, americanos y asiáticos. Formado en 2006, el grupo ha diseñado el experimento, estimado los costes y establecido cuáles serán los requisitos para determinar su ubicación. Y en cabeza para acogerlo se encuentra Japón.

En 2012, el grupo de trabajo entregó los planos del proyecto a un comité de expertos independientes japoneses para que estudiasen el proyecto, con el objetivo de evaluar su Japón podría acogerlo y sus ingenieros han delimitado y evaluado dos posibles localizaciones para el ILC.

Pero la decisión final aún está por tomar. Por un lado, será necesario un acuerdo internacional que traiga consigo parte de los fondos que serán necesarios para construir este nuevo y gigantesco colisionador de partículas: unos 10.000 millones de dólares.

Por otro, el comité de expertos, que está asesorando al ministerio de ciencia japonés a la hora de tomar la decisión, ha recomendado un poco de paciencia: consideran que el potencial del ILC es difícil de evaluar hasta que el actual LHC no comience a funcionar a toda potencia, algo programado para 2018, y que dependerá de sus resultados la justificación para construir el nuevo experimento.

China sigue a Japón muy de cerca

Si Japón duda durante mucho tiempo más, quizá pierda el puesto del próximo rey de las colisiones (de partículas) en favor de China. En 2014, científicos del Instituto de Partículas de Alta Energía en Pekín, asociado con colaboradores internacionales, anunciaba sus planes para construir un enorme colisionador en 2028.

El proyecto chino está pensado en dos fases, aprovechando el interés actual, despertado por el bosón de Higgs, que la física de partículas ha despertado no solo entre los expertos, sino a nivel básico entre el gran público. En primer lugar, China plantea construir un colisionador circular, como el LHC, pero con 52 kilómetros de circunferencia. En su interior, se estrellarán electrones y positrones (igual que plantea el ILC). Su coste (3.000 millones de dólares) y su alcance se consideran conservadores, y tecnológicamente asequibles ahora mismo.

Pero este sería el primer paso. China plantea usar ese mismo túnel circular más adelante para construir un superacelerador de protones, similar al LHC, pero mucho mayor. Con esta maniobra, China se pondría en cabeza para este experimento en las próximas décadas.

Hasta la fecha, el equipo que capitanea el proyecto ha obtenido fondos del gobierno chino para continuar desarrollando la idea, aunque las grandes cantidades de dinero que serán necesarias para su construcción aún no están aseguradas.

La competición entre China y Japón tiene un doble efecto sobre ambos proyectos. Por un lado, demuestra que existe un interés mundial por continuar con las investigación de partículas. Por otro, es improbable que ambos salgan adelante, por lo que ambos países tendrán que competir por los recursos, la atención y el apoyo de la comunidad científica internacional.

El supercolisionador del CERN

Hasta la mitad de la década de 2030, el CERN estará ocupado con el actual LHC y los planes para aumenta la intensidad de los haces de protones que circulan por su interior, y por entonces, si China se sale con la suya, puede que sea tarde para el organismo europeo. Pero el CERN tiene sus propios planes para seguir con la investigación de partículas.

De momento es solo un plan: un enorme supercolisionador en un túnel de entre 80 y 100 kilómetros de circunferencia capaz de hacer chocar protones con unos niveles de energía de 100 teraelectronvoltios (en comparación el actual LHC alcanza los 14 teraelectronvoltios).

Para manejar esas magnitudes, primero será necesario desarrollar imanes superconductores que puedan funcionar con campos electromagnéticos más altos que los de la actual generación, lo que requerirá dominar materiales que en la actualidad son escasos y caros, lo que dificulta la investigación.

Científicos del CERN están llevando a cabo un estudio que analice dónde y cómo podría construirse este VLHC (Very Large Hadron Collider o colisionador de hadrones muy grande). Según sus planes, este podría pasar bajo el lago Lemán, y su construcción podría comenzar en la década de 2020 para que esté terminado antes de que el LHC dé por cerrada su misión en 2035, de forma que no se produzca un agujero en la investigación de esta rama de la física.