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CIENCIA

El secreto está en la masa

Hace exactamente un año, el mundo científico se convulsionaba con la inauguración del que prometía ser el laboratorio más ambicioso de la historia de la humanidad. El 1 de agosto de 2008, el LHC (Gran Colisionador de Hadrones) veía su primer chorro de protones, y el 10 de septiembre las partículas subatómicas corrían ya a casi la velocidad de la luz por el interior de un túnel de 27 kilómetros de longitud enterrado a 100 metros de profundidad bajo las tierras de Ginebra.

El juguetito duró, sin embargo, sólo una semana. Pronto aparecieron los primeros síntomas de que algo iba mal en la máquina más cara que se ha permitido construir el hombre. La gran promesa de la física moderna hubo de detenerse por culpa de una mala soldadura, un escape de helio y el daño de unas docenas de imanes superconductores de 35 toneladas cada uno.

El experimento se detuvo. La esperanza de lograr colisiones de partículas se pospuso.

Ahora, 365 días y 23 millones de euros después, las autoridades del CERN anuncian que la falla está arreglada. El aparato volverá a funcionar en noviembre.

Quizá no recordemos qué es el LHC: una impresionante empresa que pretende hacer chocar a miles de millones de partículas subatómicas (en concreto, protones de 7 teraelectronvoltios de energía) unas con otras a una velocidad cercana al 99,999999 por 100 de la de la luz con el objetivo de generar una emisión gigantesca de energía (que remeda a la del Big Bang) en la que los científicos esperan ver cómo se generan otras partículas: nuevos protones, antiprotones y el elusivo Bosón de Higgs.

Para ello, la instalación ha de estar enfriada a una temperatura tan baja que no hay nada fuera de la Tierra más frío (ni siquiera el espacio interestelar). El túnel se congela a 271, 3 grados bajo cero, casi el límite de temperatura teórica más baja que se puede alcanzar en la naturaleza (el cero absoluto, que se estima en -273,15 grados).

Resulta fácil comprender cuán complicado es lograr tal enfriamiento. La temperatura de los objetos depende del movimiento de los átomos que los componen. Cuanto más agitados estén, más calor producen. A un átomo se le puede agitar mucho, casi de manera ilimitada. Por muy deprisa que vaya, cabe la posibilidad de que circule aún un poco más rápido (al menos, hasta el límite de la velocidad de la luz). En el interior de las estrellas, por ejemplo, los átomos que conforman la materia están tan agitados que se alcanzan temperaturas de millones de grados. Pero cuando un átomo está totalmente parado, es imposible frenarlo más. Ese límite teórico, inalcanzado por ningún cuerpo en el cosmos, en el cero absoluto.

Obtener esa temperatura no es fácil. Pero más difícil aún es volver a calentar toda la estructura para situarla en los 21 cómodos grados que permiten a los operarios entrar en ella y reparar los daños. Esa es una de las razones por las que la obra ha durado tanto. La otra es, cómo no, la falta de recursos económicos para realizar la reparación con más medios.

En cualquier caso, la gran bestia de la investigación física está de nuevo entre nosotros. ¿Y ahora qué?

Si no vuelve a haber un accidente, los expertos esperan encontrar, entre la sopa de partículas nacidas de los millones de colisiones de protones que vana provoca, algunas que nos den ciertas pistas sobre el famoso bosón de Higgs.

Ésta partícula elemental podría darnos la respuesta a una de las preguntas más intrigantes de la ciencia: por qué las cosas tienen masa.

Todos sabemos que los objetos presentan dos cualidades fundamentales: el peso y la masa. Ambas pueden confundirse, y de hecho se asemejan en ciertas condiciones. Por ejemplo, al poner los pies en el suelo nuestro peso y nuestra masa pueden coincidir. Pero mientras el peso es una consecuencia de la atracción gravitatoria, la masa es una cualidad intrínseca de la materia. El peso puede variar en distintas condiciones (por ejemplo, al volar al espacio), pero la masa sigue siendo la misma.

El modelo de explicación del mundo que proponen los científicos impone que las cualidades de la materia procedan de algún tipo de interacción entre partículas. Si dos bolas de billar chocan y se repelen es porque algo está pasando entre los átomos que las componen. Y ese algo es distinto si las bolas, en lugar de marfil, contienen gomaespuma.

Pues resulta que todo, absolutamente todo, lo que ocurre en el cosmos: desde la colisión de dos galaxias hasta el modo en que los electrones giran alrededor del núcleo de un átomo de hidrógeno, se debe a sólo cuatro interacciones: la gravedad, el electromagnetismo, la interacción nuclear fuerte y la interacción nuclear débil.

Cada una de esas interacciones se debe a la acción de una partícula. Por decirlo de un modo sencillo: hay una partícula responsable de transmitirla. La gravedad es tarea de los gravitones, partículas teóricas que no se han podido detectar. El electromagnetismo es responsabilidad de los fotones, entidades bien conocidas y definidas. La interacción fuerte se la debemos al gluón y la débil, a dos tipos de bosón.

Como se ve, el mundo subatómico es algo más complicado de lo que nos enseñaron en el colegio. Allí alcanzamos a entender que la materia estaba formada, al modo que ya nos enseñó Demócrito, por átomos, y que éstos, a su vez, se descomponían en un núcleo de neutrones y protones rodeados de una cohorte de electrones. Hoy, después de conocer que las partículas subatómicas se descomponen, a su vez en otras llamadas genéricamente quarks, hemos llegado a intuir que existen centenares de minúsculos ladrillos del todo. De ellos, 12 son partículas fundamentales, y algunas tienen misiones como las antes reseñadas.

¿Y qué tiene que ver esto con la masa?

Sabemos que las partículas de la materia tienen masa, mientras que las encargadas de mediar y transmitir interacciones carecen de ella. En ambos casos, desconocemos realmente por qué. ¿De dónde procede la masa del electrón, por ejemplo?

La teoría indica que la masa es la consecuencia de la interacción del Bosón de Higgs con el resto de partículas. En concreto, el campo de Higgs funcionaría como una superficie sobre la que quisiéramos empujar un coche: cuanto más empinada estuviera, más difícil nos sería la tarea. La masa será mayor cuanto más intervenga Higgs.

Por eso es importante que Higgs exista. Los físicos intuyen su presencia y la demuestran matemáticamente: pero no lo han visto actuar. Si todo sale bien, podrán hacerlo en algunas de las tremendas colisiones de protones que debemos de empezar a presenciar en el LHC después de su reparación definitiva.

Que tengan suerte y la masa les acompañe.

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