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La española que lidera a 5.500 científicos del LHC: "El bosón de Higgs aún es un misterio"
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EXPERIMENTO ATLAS

La española que lidera a 5.500 científicos del LHC: "El bosón de Higgs aún es un misterio"

María José Costa, investigadora del CSIC, ha sido elegida presidenta del Consejo de la Colaboración del experimento ATLAS, uno de los dos grandes detectores del LHC

Foto: María José Costa. (CSIC)
María José Costa. (CSIC)

Una de las construcciones más fascinantes que ha realizado el ser humano está oculta a 100 metros bajo tierra, cerca de Ginebra (Suiza), un gran anillo subterráneo de 27 kilómetros de circunferencia. El Gran Colisionador de Hadrones (LHC, del inglés Large Hadron Collider) del CERN fue ideado para encontrar partículas que también permanecían invisibles a nuestros ojos. De hecho, es el mayor acelerador del mundo y hace diez años logró uno de los grandes éxitos científicos de la historia, el hallazgo del bosón de Higgs, cuya detección completaba el Modelo Estándar de la Física de Partículas.

Aunque logró su gran propósito en 2012, esta gran infraestructura sigue en marcha. De hecho, alterna periodos de actividad y descanso y desde este verano ha iniciado un nuevo ciclo de funcionamiento, el tercero de su historia, conocido como Run 3. En esta etapa, una investigadora española tendrá un protagonismo especial. María José Costa Mezquita (Valencia, 1974), científica del CSIC en el Instituto de Física Corpuscular (IFIC) de Valencia, ha sido elegida presidenta del Consejo de la Colaboración del experimento ATLAS (uno de los dos grandes detectores del LHC, junto con CMS), en el que trabajan 5.500 personas entre científicos, ingenieros y técnicos.

Foto: Túnel del LHC del CERN.

Su mandato comienza en 2023 como presidenta adjunta, para liderar ya como presidenta en 2024 este Consejo del que forman parte 181 instituciones de 42 países, y que se encarga de tomar decisiones científicas y técnicas de todo tipo, como la estrategia que se debe seguir dentro del programa de física, las mejoras que hay que implementar en los detectores, y hasta decisiones económicas y de personal. "Hay que garantizar que la colaboración sea real, eficiente, respetuosa y armoniosa entre todos", reconoce en una entrevista concedida a Teknautas, "y que todos los miembros se sientan involucrados en la toma de decisiones y estén debidamente reconocidos por su contribución".

Pero ¿qué es exactamente lo que une a científicos tan diversos? El LHC acelera protones a velocidades cercanas a la de la luz y en direcciones opuestas, haciéndolos chocar en determinados lugares de la gran circunferencia. "Alrededor de cada uno de estos puntos, la energía de los protones se convierte en materia y se producen nuevas partículas en todas las direcciones", explica Costa. Por eso, en estos puntos hay que colocar los experimentos y uno de ellos es ATLAS. "Es tan grande como una catedral", comenta, aunque con forma cilíndrica; tiene 46 metros de largo, 25 metros de diámetro, y un peso de 7.000 toneladas.

placeholder El experimento ATLAS en el LHC. (Cedida)
El experimento ATLAS en el LHC. (Cedida)

Desde el punto de vista tecnológico es muy complejo, con 100 millones de canales de lectura que permiten generar una cantidad ingente de estadísticas. "Es como una cebolla, está hecho por capas y cada capa tiene una función específica para poder identificar las miles de partículas que se producen en cada colisión y conocer todas sus propiedades", detalla la nueva presidenta. Así, en la parte más interna de esa cebolla están los detectores que reconstruyen la trayectoria de cada una de las partículas. Otras capas miden la energía de las mismas. En conjunto, es como tener "una cámara de fotos enorme, de tecnología puntera, que realiza fotografías en tres dimensiones (o en cuatro si contamos el tiempo), con altísima resolución y velocidad, captando todas las partículas que se producen en cada colisión. "Estamos hablando de 40 millones de imágenes por segundo", apunta.

25 años en el lugar clave de la física

¿Por qué María José Costa ha sido la persona seleccionada para liderar esta infraestructura clave de la física internacional? La elección de la presidencia es el resultado de una votación en la que participan representantes de las 181 instituciones y probablemente han valorado su trabajo desde hace más de 25 años en el experimento ATLAS. "Empecé como estudiante de doctorado en 1997, contribuyendo al diseño y construcción de uno de sus componentes, el detector de trazas de silicio. En aquella época, el IFIC era pionero en esta tecnología", afirma. Después pasó seis años en el CERN coincidiendo con un momento realmente apasionante. "El LHC estaba a punto de arrancar por primera vez después de décadas de trabajo, había que finalizar la instalación del detector y conseguir que todo funcionara para el momento en el que tenía que arrancar. Por mi parte, contribuí a la puesta a punto del software de reconstrucción de datos del experimento", relata.

placeholder Hallazgo del bosón de Higgs. (EFE/Cern Handout)
Hallazgo del bosón de Higgs. (EFE/Cern Handout)

En particular, recuerda cómo vivió la primera toma de datos, "una experiencia inolvidable, un lujo y una satisfacción irrepetible". Tras conseguir una plaza en el CSIC en 2008 dentro del propio IFIC, y con el LHC ya en pleno funcionamiento, se ha centrado en la explotación de los datos recogidos por el experimento. En concreto, su contribución más importante ha sido el estudio del quark top, la partícula elemental más pesada que se conoce. De hecho, se ha encargado de coordinar esos estudios en ATLAS.

¿Y ahora? En esta nueva etapa del LHC, con el inicio del Run 3, los planes son ambiciosos. En los próximos años, "el objetivo de doblar los datos acumulados en los periodos anteriores y con colisiones a mayor energía", destaca. En particular, el experimento ATLAS tiene un gran reto por delante tras incorporar nuevos sistemas. "Tenemos que explorar al máximo su potencial, analizando los nuevos datos, pero también los de años anteriores", comenta. En general, se espera que las mejoras permitan realizar medidas más precisas y "observar nuevas señales, para las que hasta ahora nuestros detectores eran ciegos".

Los retos tras el bosón de Higgs

Además, hay que preparar el futuro inmediato. En 2029 empezará a funcionar el LHC de Alta Luminosidad, un salto en la intensidad de los haces de partículas. "Vamos a tener más colisiones y una densidad de partículas mucho mayor. Todo esto va a requerir desarrollar detectores y sistemas de adquisición nuevos, y otro sistema de computación totalmente diferente", afirma. "Los datos se van a multiplicar y lidiar con estas nuevas condiciones de intensidad es un gran reto para los próximos años", añade.

placeholder El detector ATLAS. (EFE)
El detector ATLAS. (EFE)

La pregunta es qué se espera encontrar exactamente una década después de que apareciera el famoso bosón de Higgs, la nueva partícula que le da masa a todas las demás. ¿Ahora se podría realizar un descubrimiento de esa magnitud? "Su descubrimiento fue la culminación de un esfuerzo enorme de más de 50 años, pero también el inicio de una nueva era para los físicos de partículas. Representó un nuevo campo de fuerzas en la naturaleza y ahora tenemos la oportunidad de estudiar con gran precisión este nuevo campo y esta partícula tan especial", señala Costa.

De hecho, los científicos ya han logrado "una comprensión enorme de esta nueva interacción de Higgs, por encima de las expectativas", asegura. En estos 10 años, "podemos afirmar que el mecanismo de Higgs por el que el resto de las partículas elementales adquieren masa es real. Hemos medido que, a mayor interacción con el campo de Higgs, mayor es la masa de las partículas", destaca. De hecho, la concordancia de los datos con la teoría es excelente, un resultado publicado ya en muchos artículos científicos. Además, el LHC puede presumir de haber logrado otros resultados fabulosos, como el hallazgo de otras 60 partículas (compuestas, formadas por partículas elementales) previstas por la teoría. "También hay medidas en las que se ven desviaciones con las predicciones teóricas y habrá que estudiarlas con más detalle, porque son apasionantes", apunta la experta.

Sin embargo, queda mucho trabajo por delante. "El bosón de Higgs sigue siendo un gran misterio", afirma, "quedan cuestiones por entender, por ejemplo, si es verdaderamente una partícula elemental o si es compuesta, qué es lo que genera la masa del propio Higgs, como interacciona con él mismo o cómo apareció este campo de Higgs tan importante para nuestra existencia en los primeros instantes del universo", enumera. Estudiar y medir sus propiedades "puede estar ligado con otros grandes misterios, como por qué vivimos en un universo sin antimateria si en el Big Bang se creó la misma cantidad de materia que de antimateria", explica. Por el momento, conocemos el 5% del contenido del universo, pero los científicos prevén que el LHC ayude a comprender la materia oscura.

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De hecho, el Run 3 ya está generando nuevas colisiones, pero "tan solo llevamos analizados un 5% de los datos que se esperan acumular en el LHC durante los próximos años". Además, se espera que siga funcionando hasta más allá de 2040, con aumentos de intensidad y de energía muy importantes. Así que queda trabajo para rato. Y más si se tiene en cuenta que ya hay proyectos en marcha para el futuro. "Hemos tenido un proceso de dos años de discusión para decidir cómo debía ser el próximo colisionador y finalmente se ha apostado por construir un acelerador de electrones y positrones para entender con exquisita precisión el nuevo campo de Higgs", comenta Costa. A más largo plazo, el objetivo sería contar con "un acelerador de hadrones a la máxima energía posible" y para ello hay un estudio de viabilidad para construir un nuevo túnel de 100 kilómetros de longitud.

El retorno tecnológico para España

En estos ambiciosos proyectos de física, España tiene un papel relevante, ya que contribuye al presupuesto del CERN con un 7%, alrededor de 80 millones de francos suizos. "Se corresponde con el peso de la comunidad científica, porque unos 1.000 españoles están contratados o tienen acceso al laboratorio", comenta Costa. En su opinión, su propio nombramiento es un ejemplo de la importante contribución de nuestro país. "Puede parecer una gran cantidad de dinero, pero el retorno industrial del CERN a España es muy elevado y, de hecho, se considera uno de los países más favorecidos, así que este gasto del Estado es más que rentable", afirma.

¿En qué se concreta ese retorno? Costa explica que este tipo de ciencia de vanguardia requiere "poner al límite la tecnología", proporcionando avances muy importantes a corto plazo y grandes beneficios para empresas tecnológicas y de servicios. Otra parte del conocimiento generado tiene una aplicación más lenta. "Las escalas temporales entre los descubrimientos en ciencia básica y sus aplicaciones para la sociedad pueden ser largas, del orden de décadas o siglos, pero no hay progreso a largo plazo sin este tipo de investigación".

Una de las construcciones más fascinantes que ha realizado el ser humano está oculta a 100 metros bajo tierra, cerca de Ginebra (Suiza), un gran anillo subterráneo de 27 kilómetros de circunferencia. El Gran Colisionador de Hadrones (LHC, del inglés Large Hadron Collider) del CERN fue ideado para encontrar partículas que también permanecían invisibles a nuestros ojos. De hecho, es el mayor acelerador del mundo y hace diez años logró uno de los grandes éxitos científicos de la historia, el hallazgo del bosón de Higgs, cuya detección completaba el Modelo Estándar de la Física de Partículas.

Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC)
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