La huella de los científicos de la USC en la máquina de Dios

Hace trece mil setecientos millones de años nacía el universo. Cuando en cuestión de meses el mayor acelerador de partículas del mundo, el LHC (gran colisionador de hadrones) de Ginebra (Suiza), alcance su máxima potencia, la comunidad científica será capaz de recrear esos primeros instantes, solo microsegundos después del Big Bang. Bernardo Adeva Andany, catedrático de Física de Partículas de la Universidade de Santiago (USC) y colaborador del macroexperimento, lo cuenta casi sin inmutarse en un pequeño despacho de la Facultade de Física compostelana, a unos dos mil kilómetros del Consejo Europeo de Investigación Nuclear (CERN) -el cuartel general de miles de investigadores de todo el mundo enrolados en el proyecto-, y a solo metros de los ordenadores que reciben en tiempo real los datos de las colisiones que se registran en una de las piezas del LHC.

El equipo de Adeva Andany, el grupo de Altas Enerxías de la USC, ha trabajado con notable protagonismo desde su concepción, hace 14 años, en el diseño del LHCb, uno de los cuatro grandes detectores de partículas de la apodada máquina de Dios, que orquesta a su alrededor a cerca de un millar de científicos. Desde el campus compostelano, este grupo asumió el diseño de la electrónica y la construcción, junto a colegas de la Universidad de Lausana (Suiza), del Inner Tracker, una pieza maestra del LHCb, porque permite observar y medir con enorme precisión los puntos de impacto de las partículas procedentes de la desintegración de los quarks, los constituyentes fundamentales de la materia.

El nombre de LHCb evoca con su b la palabra beauty, belleza en inglés, porque su principal objeto de estudio son los quarks beauty. Lejos del halo romántico que destila la idea de reproducir los orígenes del universo y el apellido de esta partícula, Adeva y los suyos tienen por delante un reto totalmente pragmático: descifrar dos misterios que podrían hacer tambalear definitivamente las leyes de la física tal como las conocemos.

La primera respuesta que ansía podría llegar en solo cuestión de meses. Una vez el LHC alcance su máxima luminosidad, podría haber resultados de gran interés en el estudio de las desintegraciones raras de los quarks beauty y, por ende, explica, para el conjunto de la física.

"Si descubrimos en el experimento que el mesón Bs tiene un quark beauty que puede cambiar su naturaleza emitiendo pares de partículas llamadas muones, supondría una quiebra de las leyes actuales de la física, ya que sería la esperada señal que delataría la presencia de las tan controvertidas partículas supersimétricas", resume el catedrático de la Universidade de Santiago.

En seis meses, calcula, o incluso en cuatro de recogida de datos, sería posible llegar a medir ese fenómeno. "Pero para eso necesitamos un aumento de intensidad", insiste.

Después de más de un año de parón por una grave avería solo días después de inaugurarse, el LHC batió el pasado 30 de marzo todos los récords, al registrar colisiones de 7 teraelectronvoltios, pero aún está lejos de alcanzar el máximo potencial para el que se concibió, la clave para poder observar partículas y fenómenos hasta ahora solo conocidos en teorías, o, quién sabe, incluso para echar por tierra mucho de lo sentenciado hasta ahora por la física moderna.

FALTA DE SIMETRÍA. El segundo propósito de este grupo compostelano es poder explicar por qué materia y antimateria no se desintegran de igual manera. Este fenómeno es conocido como violación de la simetría CP, o violación CP a secas, y apunta al comienzo de todo.

"El modelo estándar de la física no es capaz de comprender la cantidad de violación CP que hubo en los primeros instantes del universo, y que tuvo como consecuencia que al final, al enfriarse, quedase sobre todo materia y apenas antimateria, como se observa en astrofísica. Vamos a reproducir las situaciones de los instantes primeros del universo con igual cantidad de materia (quark) y antimateria (antiquark), y así esperamos ver qué es necesario modificar en el modelo estándar, nos permitirá definir mejor cuál será la teoría que lo tenga que reemplazar", prosigue el catedrático.

Para avanzar en ambas líneas, no necesita desplazarse hasta Ginebra. Los datos llegan a Santiago de Compostela en tiempo real a través de una red Grid y se procesan entre el superordenador del Centro de Supercomputación de Galicia (Cesga) y otros equipos instalados en el Monte da Condesa, una completa infraestructura de computación a cargo de Juan Saborido Silva.

MÁS CALIENTE QUE EL SOL. La colaboración de la USC con el LHC es la más antigua, pero no la única. El grupo de Fenomenoloxía de la Facultade de Física compostelana participa en otro de los grandes detectores del gran colisionador de hadrones, el Alice (gran colisionador de iones), creado para medir el comportamiento y la naturaleza de la materia nuclear extrema: el plasma de quarks y gluones que se formó en torno a una millonésima de segundo después de la gran explosión del Big Bang, cuando el universo se encontraba a una temperatura cien mil veces superior a la que puede registrarse en el centro del Sol.

Además de arrojar luz sobre una de las fases del universo en expansión -justo en un momento en el que solo se extendía en varios kilómetros- y ayudar a entender la estructura actual del cosmos, la recreación de ese plasma de quarks y gluones permitirá obtener información sobre la interacción fuerte -que mantiene los quarks y los gluones unidos formando núcleos atómicos- y confirmar o refutar modelos teóricos del equipo compostelano, explica Néstor Armesto, miembro del grupo que completan Carlos Pajares, Elena González Ferreiro y Carlos Salgado.

"Queremos ver se realmente a materia que se forma, o plasma de quarks e gluóns, se comporta como un líquido ou como un gas. Pretendemos poñer a proba modelos que desenvolvemos que apuntan a un comportamento máis propio dun líquido, que é totalmente distinto ao dun gas ou sólido", resume Armesto.

Esto será posible a partir del próximo otoño y, a diferencia de las necesidades de las investigaciones del equipo de Adeva Andany, sin necesidad de un aumento notable de la intensidad del acelerador.

Alice acelerará plomo contra plomo a la vuelta del verano y a partir de ahí en solo tres o cuatro días de toma de datos con normalidad, el equipo espera poder determinar si sus modelos teóricos funcionan o no, añade Néstor Armesto, cuyo grupo de investigación es uno de los principales impulsores de la propuesta de colisiones entre iones y protones de plomo en el LHC, en la que participa desde el año 2005.

Para poder recibir esta información, el equipo de Fenomenoloxía ha desarrollado antes modelos de simulación incorporados al Alice para beneficio de toda la comunidad científica: un simulador de colisiones núcleo-núcleo, protón-protón o núcleo-protón, y otro programa que simula la pérdida de energía según diversos parámetros del plasma de quarks y gluones.

CANTERA FRUCTÍFERA. La conexión compostelana con el LHC aún va más allá. El CERN ha sido destino de un nada desdeñable número de físicos e ingenieros procedentes de Galicia. Chilo Garabatos, coordinador de la adquisición de datos de Alice, Mar Capeáns Garrido, que trabaja en el gran detector Atlas; Teresa Fonseca Martín o Fernando Varela Rodríguez, recuerdan sus colegas de la USC, son solo algunos de ellos.

En Ginebra, coordinando en Inner Tracker, también se encuentra en estos momentos Abraham Gallas Torreira, investigador del grupo de Física de Altas Enerxías. Es el único científico de instituciones españolas que ha accedido hasta ahora a este nivel de coordinación técnica en los detectores del LHC.

La participación gallega en el macroexperimento muestra la buena salud de la física oriunda de Compostela, capaz de medirse ante los centros neurálgicos de la ciencia española e internacional. De hecho, la USC forma parte de una selecta participación estatal en el colisionador de hadrones, que completan la Universitat de Barcelona y la Universitat Autònoma de Barcelona; la Universidad Autónoma de Madrid, el Centro de Investigaciones Energéticas, Medioambientales y Tecnológicas (Ciemat), el Instituto de Física Corpuscular (IFIC) que el CSIC comparte con la Universitat de Valencia y el Instituto de Física de Cantabria, también colaboración entre el CSIC y la universidad cántabra.

CUATRO GRANDES DETECTORES. El LHC se compone de cuatro grandes experimentos y otros dos mucho más pequeños, el Totem y el LHCf. Los dos en los que trabajan los equipos compostelanos, tanto el LHCb como el Alice, son los de tamaño medio. Los mayores son el Atlas y el CMS, y entre sus propósitos figura la búsqueda del bosón de Higgs, una partícula elemental hasta ahora solo hipotética.

Si Higgs apareciese, una vez la gran máquina alcance su máxima potencia, completaría el puzle del modelo estándar de la física. Si no se encuentra, habrá que modificar desde sus cimientos el sistema concebido por la ciencia para explicar el universo.

LHCb, Alice, Atlas y CMS están instalados en cuatro cavidades gigantes a cien metros bajo tierra, ubicadas alrededor del anillo del gran colisionador de hadrones, de 27 kilómetros. Es dentro de él donde se producen los haces de partículas que viajan casi a la velocidad de la luz hasta colisionar uno contra otro.

Los cuatro grandes detectores se encargan de registrar los choques, permitiendo el estudio detallado de partículas elementales que surgen. En solo un segundo, pueden producirse 600 millones de colisiones.

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