La nueva gran máquina de la física no dará rodeos

Los físicos se han cansado de dar rodeos. Durante el último cuarto de siglo han utilizado máquinas circulares, cada vez de mayor tamaño, con las que aclarar cómo surgió el universo tras el Big Bang. Estas máquinas redondas y kilométricas, donde giran partículas subatómicas rozando la velocidad de la luz, han dado hallazgos claves y aún se espera de ellas descubrimientos dignos de un Nobel. Sin embargo, los físicos del mundo lo tienen claro: la próxima gran máquina debe ser recta.
Los expertos denominan a este nuevo gran laboratorio acelerador de partículas lineal. Será el sucesor del Gran Colisionador de Hadrones de Ginebra, el LHC, campeón entre de campeones entre los aceleradores circulares.

Hace unas semanas, 400 físicos de 35 países se reunieron en Granada para compartir los avances en el diseño de la próxima gran máquina. Uno de los proyectos más avanzados es el International Linear Collider (ILC). Está compuesto por una recta de 31 kilómetros donde se hará chocar materia y antimateria en forma de electrones y positrones, idénticos pero de carga opuesta.
"Estamos proyectando el futuro", resume Alberto Ruiz, físico español que trabaja en LHC de Ginebra y uno de los organizadores del congreso de Granada. "Esperamos que el desarrollo de esta nueva máquina lleve hasta nueve años y que empiece a funcionar dentro de unos 15", señala.
Este gran laboratorio será el encargado de afinar los resultados del LHC cuando este quede en dique seco, no antes del final de esta década. Para entonces se espera que la física de partículas que explica el origen del universo haya dado un vuelco. O varios. El primero y más urgente será confirmar que existe el bosón de Higgs, una esquiva partícula elemental que explicaría por qué toda la materia que conocemos tiene masa. Es la última pieza que queda para confirmar el Modelo Estándar, la teoría más aceptada para explicar cómo se comportan los componentes más pequeños del átomo: quarks, gluones y bosones, en su mundo billones de veces más pequeño que un centímetro.
Otro vuelco, aún mayor, sería no encontrar el Higgs. "Sería igual o aún más interesante porque tendría que haber otro origen para la masa", opina Ruiz. Una de las posibilidades que pueden surgir sin Higgs es que se demuestre la supersimetría, es decir, que cada partícula elemental conocida (el modelo estándar tiene 16) tendría "un compañero supersimétrico" por descubrir. "El Higgs tendría un higgino; el fotón, un fotino...", explica Ruiz.
Para conquistar este territorio inexplorado de la física hace falta, primero, fuerza bruta, y después mucha maña. La primera la está poniendo el LHC, que es el Cristiano Ronaldo de la física de partículas. Hace chocar protones con una potencia a la que ninguna otra máquina ha llegado antes. A finales de 2012 habrá determinado si existe o no el bosón de Higgs. Será un momento clave, pero que traerá más preguntas que respuestas. Para responder la mayoría hará falta el ILC, que es, por su parte, el Andrés Iniesta de esta disciplina.
Los protones que chocan en el LHC no son partículas elementales, sino que se componen de piezas menores llamadas quarks y gluones. Como una bola de plástico que contiene otras bolas más pequeñas, cuando chocan los protones a velocidad punta la energía de cada una de esas bolas internas es sólo una fracción de la energía total. Así, aunque los protones choquen con la máxima energía de la que es capaz el LHC, 14 teraelectronvoltios, los impactos entre sus componentes serán mucho menores. Por si esto fuera poco, cascar protones hace que muchas de sus bolas internas sin interés científico salgan disparadas generando "ruido" y "suciedad" que pueden ocultar los eventos de interés.
Por eso, una vez el musculado LHC haya barrido el terreno en busca del higgs, llegará el momento de la precisión del ILC. Al hacer chocar electrones y positrones, partículas elementales e indivisibles, la máquina permitirá tomar fotos límpidas de las colisiones más interesantes. Así, "permitirá ver zonas de la materia más pequeñas y tomar medidas diez o cien veces mejores", señala Ruiz.
No hay competición posible entre las dos máquinas. El diseño del ILC se acoplará a si el LHC encuentra o no el higgs. Si se encuentra, el proyecto para construir el nuevo acelerador "se activaría casi de inmediato y Japón podría alojarlo", explica Juan Fuster, uno de los tres directores del Comité Internacional para el Diseño de Aceleradores Lineares. "No encontrarlo obligaría a retrasar cualquier decisión sobre la nueva máquina", explica.
El ILC será una obra faraónica. El proyecto obliga a cavar 72 kilómetros de túneles para generar una estructura de 450.000 metros cúbicos. En 2007, se estimó que su coste sería de unos 6.500 millones de dólares (5.000 millones de euros). A pesar de que aún no se ha aprobado su construcción, ya ha comenzado la carrera para alojarlo.
"Japón es, por el momento, el país que se ha tomado más en serio construirlo", explica Barry Barish, director del programa internacional de diseño del ILC. Barish dirige el trabajo de unos 2.000 expertos en 20 países que participan en el diseño técnico del ILC. Rusia, China y Suiza (sede del laboratorio europeo de física de partículas CERN) son también candidatos, según Barish, aunque este último está algo lastrado pues debe seguir operando (y pagando) el LHC.
El CERN, formado por 20 países europeos incluida España, también es responsable del Acelerador Lineal Compacto, o CLIC, alternativa al ILC. "CLIC tiene el potencial de alcanzar energías mayores", explica el físico Steinar Stapnes, líder del proyecto. "Sin embargo, la tecnología del ILC es más madura y lleva ventaja si lo que se busca es una puesta en marcha rápida", añade. Japón no tiene dudas. En Granada se presentó un plan para alojar el ILC en el seno de una montaña, algo que ya se ha hecho con centrales energéticas. "La comunidad científica, el Gobierno y el Parlamento quieren alojar el ILC en Japón", confirma Atsuto Suzuki, director del KEK, el laboratorio Japonés de Física de Partículas.
Por delante queda "casi todo por hacer y descubrir", resume Ruiz. Los expertos no entienden de qué está hecho el 95% del universo. Saben que un 20% es materia desconocida, por lo que la llaman "oscura". El resto es energía igual de misteriosa, un 75% de energía oscura. "Un colisionador lineal podrá extender de forma significativa la confirmación de los modelos actuales", dice Stapnes. "Pero más importante es que podremos tener las primeras imágenes más allá de esos modelos imperantes", concluye.