La falta de resultados de impacto en el Gran Colisionador de Hadrones, para algunos «decepcionante», cuestiona el futuro de la física de partículas
La máquina reanuda su actividad el martes y llegará a un récord de energía
(ABC).- Hace diez años, los físicos acapararon la atención del mundo entero de una forma que no se ha vuelto a repetir. El 4 de julio de 2012, un gigantesco equipo formado por 5.000 investigadores del mayor acelerador de partículas del mundo, el Gran Colisionador de Hadrones (LHC) del laboratorio europeo CERN, anunció el descubrimiento del bosón de Higgs . Esta partícula es considerada responsable de dar masa a todas las demás y sin ella el universo no existiría tal y como lo conocemos.
El hallazgo completaba el modelo estándar, la gran teoría que durante décadas ha servido para describir la realidad y las leyes que la gobiernan, y confirmaba una predicción hecha 45 años antes por el físico británico Peter Higgs y los belgas Francois Englert y Robert Brout . El primero no pudo evitar llorar de emoción al ver sus cálculos hechos realidad. Un año más tarde ganó el Nobel de Física junto a su colega Englert. Un triunfo redondo.
Lo que estaba por venir parecía aún más emocionante. Después del Higgs , se esperaba que se abriera una puerta a un mundo desconocido. Cabía la posibilidad de que en los 27 kilómetros en forma de anillo del LHC chocasen otras nuevas partículas que podrían arrojar luz sobre los misterios del cosmos. Entre ellos, la materia oscura , invisible incluso a nuestros más avanzados instrumentos pero que se cree cinco veces más abundante que la ordinaria, la que sí vemos; la energía oscura , aún más misteriosa y responsable de la expansión acelerada del universo; o la naturaleza cuántica de la gravedad.
Pero en esta década la búsqueda no ha obtenido sus frutos y la travesía en el desierto es demasiado larga. Ni se han localizado las esperadas partículas supersimetrías , una de las posibles explicaciones a la materia oscura, ni mini agujeros negros ni mucho menos una buena pista para unificar las fuerzas de la naturaleza. El próximo martes, 5 de julio, y después de tres años de parón por trabajos de actualización y mantenimiento, y el retraso por la pandemia, la gigantesca máquina ubicada bajo la frontera franco suiza comenzará su tercera ronda de actividad (Run 3) sin que haya salido de sus entrañas ninguna maravilla aparte del Higgs. Para algunos físicos, los resultados son claramente decepcionantes. Y la presión aumenta.
Juan Collar: «La gran promesa era la supersimetría. No ha aparecido y es comprensible sentirse defraudado»
«El Higgs se consiguió a tiro hecho después de experimentos precursores en el CERN y Fermilab (laboratorio de altas energías en EE.UU.). La expresión inglesa para este tipo de hazaña es ‘cazar patos en un barril’. No hay que quitarle mérito, pero está claro que la enorme financiación para la construcción del LHC —requirió unos 5.000 millones de euros— jamás se hubiera obtenido para este único resultado», explica Juan Collar, profesor de física en la Universidad de Chicago que trabaja en la detección de materia oscura en experimentos más pequeños. «La gran promesa era la supersimetría. No ha aparecido y es comprensible sentirse defraudado», añade.
Según esta propuesta, cada una de las partículas conocidas debe tener una ‘supe partícula’ asociada, muy parecida pero con características sutilmente diferentes, entre ellas una masa mucho mayor. Podría contener las claves para la unificación de las dos fuerzas de la naturaleza que aún se nos resisten, la nuclear fuerte y la gravedad. E incluso suministrar una partícula candidata a ser la unidad mínima de materia oscura.
Barry Barish, Nobel de Física: «Con suerte, hallaremos fenómenos diferentes que nos llevarán a una nueva física»
Credibilidad en duda
Barry Barish, Nobel de Física de 2017 por la observación de las ondas gravitacionales, también se muestra «decepcionado» por la falta de confirmación de esta «idea atractiva», pero cree más probable la aparición de fenómenos diferentes que, con suerte, abran el camino hacia «una nueva física, que sabemos debe estar ahí, más allá del modelo estándar».
Pero eso puede tardar mucho y acabar con la paciencia de parte de la comunidad científica, que no considera justificada la financiación y que apuesta por alternativas al LHC menos grandiosas. Muy crítico y abiertamente «pesimista», Collar cree que para encontrar nuevas partículas se podrían necesitar energías y flujos inalcanzables para cualquier tecnología conocida de aceleradores. «Es como cuando te regalan una participación de un décimo de lotería… probabilidades existen, pero no creo que nadie esté aguantando la respiración», ironiza. A su juicio, si no se encuentra nada más en este campo en los próximos años «la credibilidad de los físicos de aceleradores sufrirá un golpe enorme. Me extrañaría mucho que se pudiera conseguir esta financiación de nuevo, de cualquier gobierno», señala.
Celso Martínez: «Esto es investigación básica. Es como Colón avanzando por el océano, sin saber adónde va ni cuándo va a llegar»
Y es que mantener el LHC no resulta precisamente barato. Su presupuesto fue este año de 1.200 millones de euros, de los que España aporta 86 millones. Celso Martínez, del Instituto de Física de Cantabria (IFCA, centro mixto Universidad de Cantabria-CSIC) y representante en España del CMS, uno de los detectores del LHC que encontraron el Higgs, asume que es una cuantía muy elevada y que mucha gente puede cuestionar, pero cree que está justificada. «Trabajamos con dinero público y somos conscientes de que es complicado convencer a todo el mundo de por qué esos gastos son necesarios —reconoce—. Pero esto es investigación básica. Lo que estamos haciendo es como Cristóbal Colón avanzando por el océano: a ver qué encontramos, sin saber adónde ni cuándo vamos a llegar».
Con la misma firmeza defiende el trabajo que se hace en el acelerador Carlos Lacasta, investigador del IFIC y representante del experimento ATLAS. Recuerda los días del hallazgo de una partícula compatible con el Higgs como «emocionantes» y la «culminación de muchos años de trabajo». A su juicio, haber ‘cazado’ el bosón y tener el instrumento con el que medir con precisión sus propiedades «cumple con todas las expectativas». Además, «aún queda mucho trabajo de análisis con los datos que se han tomado hasta ahora y no se puede descartar ninguna sorpresa».
Del colisionador circular y la ‘fábrica de Higgs’ a la alternativa de los experimentos pequeños
La comunidad de la física de partículas tiene una estrategia de cara al futuro. A partir de 2029 comenzará la fase de alta luminosidad del LHC, en la que, aunque la energía de los haces no aumente, se incrementará casi un 30% la energía liberada en las colisiones entre protones. Mientras tanto, se plantea para las próximas décadas lo que se conoce como ‘fábrica de Higgs’, un nuevo colisionador para crear Higgs a una tasa mayor, que permitirá estudiar con más precisión sus propiedades y saber qué pasa a esas altas energías.
Además, se plantea construir a partir de 2035 el colisionador circular, un ‘supercolisionador’ de partículas de unos 100 kilómetros de circunferencia que alcanzaría una energía brutal de 100 TeV, siete veces superior al LHC. Un auténtico gigante que rodearía, bajo tierra, toda la región de Ginebra. Costaría 25.000 millones de euros. «Los proyectos son cada vez más complicados y caros y hay que plantearlos muy a largo plazo y a nivel ‘planetario’», admite Lacasta.
Pero Collar cree que «la era de ‘burro grande, ande o no ande’ podría haber llegado a su fin». Existen muchos experimentos más pequeños que no necesitan nuevos aceleradores. «De hecho, si se le corta la espita a este tipo de fisica, podría ocurrir que por una fracción del precio veamos un gran crecimiento en las alternativas. Estoy seguro de que los físicos encontrarían el ingenio necesario para reinvertarse», afirma.
Récord de energía
Las nuevas partículas, si existen, tienen una nueva oportunidad para dar la cara en el Run 3. El LHC irá aumentando poco a poco la energía de las colisiones, hasta llegar a finales de julio a la máxima potencia: un récord de 13,6 billones de electronvoltios (13,6 TeV) —la energía a la que apareció el Higgs fue de 7,8 TeV— y duplicará el número de colisiones por segundo —chocarán unas 120 partículas entre sí—, lo que permitirá aumentar el número de datos recogidos durante los próximos tres años.
Y si se sigue sin un ‘eureka’, «también es un descubrimiento en sí mismo. Nos dice que la naturaleza no ha escogido el camino que pensábamos que era el correcto», dice Lacasta. ¿Supondría el fin de la física de partículas? «¡Absolutamente no!», asegura Barish. «El progreso de la física a veces puede ser espectacular y otras, más gradual. Creo que es probable que veamos lo último», reflexiona.
Para Lacasta, «el estudio de las propiedades del Higgs va a llevar tiempo y podría ocurrir que no sea exactamente como se predice». Vaticina que la naturaleza volverá «a ponernos en nuestro sitio enseñándonos que tiene sus propios designios». No hay que olvidar «que a finales del siglo XIX se creía que la física había explicado ya todos los fenómenos». Newton no podía siquiera imaginar el mundo cuántico, así que quién sabe lo que está por llegar.