Selecciona Edició
Connecta’t
FÍSICA

L’LHC s’endinsa en l’univers desconegut

L'accelerador de partícules més gran del món torna a funcionar al doble de potència per creuar una nova frontera de la física

Vista lateral de l'experiment CMS, un dels més grans del CERN. Ampliar foto
Vista lateral de l'experiment CMS, un dels més grans del CERN.

Fa uns dies, prop de Cessy (França), una dona passejava amb el gos sense saber què passava sota els seus peus. Era un entorn idíl·lic. Camps verds amb neu a les obagues, granges de vaques i els Alps retallats a l'horitzó. Mentrestant, a 100 metres sota terra, centenars d'operaris, enginyers i físics feien els últims ajustos per posar en marxa la màquina més gran del món, capaç de reproduir el que va passar a l'univers poc després del Big Bang.

El Gran Col·lisionador d'Hadrons, o LHC, a la frontera entre França i Suïssa, tornarà a funcionar a finals de mes, probablement el 23 de març. Els físics anomenen a aquestes posades en marxa runs ('curses' en anglès). En la primera ja es va assolir tot un rècord mundial amb el descobriment del bosó de Higgs. El que ofereix aquesta segona, que durarà fins al 2018, no ho sap ningú. Després de dos anys de reparació i condicionament l'accelerador funcionarà al doble de potència i superarà una frontera de la física que s'ha traspassat mai abans. A l'altre costat hi pot haver partícules desconegudes el descobriment de les quals convertiria el cèlebre bosó en un trofeu d'infantesa atrotinat.

Una fila de 47 ampolles buides de xampany, whisky i vodka recorden la festa del descobriment del bosó

Reyes Alemany és pilot de l'LHC. Aquesta física de partícules espanyola treballa al centre de control de l'accelerador, a la part francesa del laboratori europeu de física de partícules CERN. És una gran sala diàfana dividida de quatre illes d'ordinadors i monitors que supervisen els quatre grans acceleradors de la instal·lació. Des d'aquí es controla quan i quants protons arriben a l'anell de 27 quilòmetres de el LHC i quan els dos feixos oposats començaran a xocar i produir noves partícules. A l'illa de control de l'LHC, sota les pantalles, una fila de 47 ampolles buides de xampany, whisky i vodka recorden la festa del descobriment del bosó.

En 20 minuts, el CERN accelera protons fins a acostar-se a la velocitat de la llum. Si els astronautes poguessin fer el mateix podrien conèixer altres planetes habitables i possiblement viatjarien en el temps. Quan xoquen, els protons es desintegren i deixen al descobert quarks, leptons i la resta de partícules elementals. El bosó de Higgs era l'última que faltava per descriure tota la matèria. Dit així sembla un descobriment descomunal, però aquesta matèria, la que compon cada àtom de l'univers conegut, ja sigui a la Terra o a l'estrella més llunyana, només representa el 5% del cosmos. El 95% restant es compon de matèria fosca i energia fosca, els dos grans misteris de l'univers.

L'LHC té tres grans reptes en aquesta segona cursa. Un és descobrir la supersimetria, que seria com “entrar en una nova dimensió”, com diu María Chamizo, física del CMS, un dels dos grans experiments de l'LHC. Un ascensor pressuritzat —després de passar per la cabina de reconeixement de retina— condueix a la instal·lació. A 100 metres sota terra, dins la seva caverna, el CMS és com un tambor de rentadora de cinc pisos d'altura i 14.000 tones. En el seu centre xoquen els protons i els sensors capten les noves partícules.

Vista interior dels imants que componen l'anell de 27 quilòmetres de l'LHC. Per l' interior, en tubs de buit, circulen els dos feixos oposats de protons. ampliar foto
Vista interior dels imants que componen l'anell de 27 quilòmetres de l'LHC. Per l' interior, en tubs de buit, circulen els dos feixos oposats de protons.

La supersimetria, o SUSY, significa que cada partícula elemental coneguda té una germana supersimètrica desconeguda. A cada Higgs li correspondria un higgsí, a cada neutrí un neutralí, etc. La interacció entre aquestes germanes podria ser la responsable de fenòmens que s'observen a l'univers i per als quals no hi ha explicació. Per exemple, entre totes aquestes partícules supersimètriques hi hauria les que componen la matèria fosca, el segon gran objectiu de l'LHC. Aquesta cara oculta de la matèria forma el 25% de l'univers. Mai s'ha observat, però els astrònoms i cosmòlegs creuen que aquesta substància nodreix les galàxies i els cúmuls de galàxies.

La possibilitat de trobar ara aquestes noves partícules no és “terriblement convincent”, opina Frederic Teubert, físic de l'experiment LHCb, però això no vol dir res. “L'avantatge que tenim els físics experimentals és que tant se val el que creguis probable o raonable, res no substitueix l'evidència experimental i, per això, estic impacient per descobrir què ens ofereix la naturalesa a aquestes energies que són terra incognita”, reconeix. Les primeres col·lisions de protons s'esperen el 18 de maig i també, possiblement, la física desconeguda.

El tercer repte de l'LHC és més assequible: mesurar de manera detallada el bosó de Higgs. En aquests dos anys la màquina ha estudiat “uns 1.000 bosons”, pocs per conèixer-lo a fons, explica Chamizo. En aquesta segona ronda es planeja obtenir almenys el doble de dades que en l'anterior. “Aquesta vegada el Higgs ja no serà l'estrella, però encara ens queda molt per mesurar, entre altres coses l'amplada exacta que té”, explica José Enrique García, físic de l'altre gran experiment de l'LHC, l'ATLAS.

El  CERN rep atacs informàtics "tots els dies", diu un dels responsables

El cementiri de protons

Un cop de calor rep el visitant al Centre de Càlcul del CERN, situat a la part suïssa. Desenes de milers d'ordinadors s'agrupen en columnes i passadissos. El brunzit que emeten obliga a cridar. “No hi ha res semblant a cap altra part del món”, explica Maite Barroso, una de les responsables del centre. La capacitat de computació s'ha duplicat per afrontar aquesta nova ronda. En total hi ha 11.000 servidors i l'equivalent a 100.000 ordinadors personals funcionant sense parar.

A la novel·la supervendes de Dan Brown Àngels i dimonis, una secta aconsegueix entrar al CERN per intentar destruir el Vaticà amb antimatèria. Al món real, el botí és aquí. “Rebem atacs informàtics tots els dies, no tan sols per la capacitat de computació, sinó també per la visibilitat que donaria poder segrestar els servidors del CERN”, confessa l'enginyera de telecomunicacions. Ara com ara, diu, ningú ho ha aconseguit. “A tot estirar, entren per un forat del Linux, i poden afectar 20 màquines però de seguida es detecta i s'aïlla el problema”, detalla.

La primera vegada que es va posar en marxa l'LHC, el 2008, i hi va haver un accident i l'enorme energia generada va fondre part dels imants superconductors. Tot i que moltes de les persones que treballen aquests dies en la posada a punt de la màquina recorden l'incident amb preocupació, José Miguel Jiménez, cap de tecnologia del CERN, es mostra convençut que tot sortirà bé. La seva tasca actual consisteix a dissenyar els nous cables superconductors i els imants que permetran duplicar el nombre de col·lisions l'any 2019. “L'LHC és una màquina que permet fer molts descobriments, però gairebé és el passat”, reconeix Jiménez. “Mentrestant, aquí ja preparem el futur”, afegeix.

 

Moltes preguntes per respondre

Antonio Pich

El descobriment del bosó de Higgs ha confirmat l'existència d'un nou camp de forces, de naturalesa diferent dels quatre que ja coneixíem (electromagnètic, fort o nuclear, feble i gravitatori). El camp de Higgs impregna tot l'espai-temps, frena el moviment de les partícules que interactuen amb ell i d'aquesta manera genera la seva massa. Les vibracions d'aquest camp són els bosons de Higgs.

El Higgs pot aportar respostes a diversos dels enigmes més candents de la física. Els constituents elementals de la matèria estan replicats tres vegades, i aquestes rèpliques només es diferencien entre si per la seva massa, és a dir, per la interacció que tenen amb el camp de Higgs. Encara que ignorem les raons d'aquesta repetició, creiem que està relacionada amb l'absència sorprenent d'antimatèria a l'univers observable. Un altre misteri per resoldre és la naturalesa de la “matèria fosca”, de la qual tenim moltes evidències astrofísiques. La matèria coneguda només representa el 5% de la massa de l'univers, mentre que un 21% sembla correspondre a una substància diferent que no emet llum (la resta és “energia fosca”, molt més misteriosa i desconeguda). Si l'energia disponible és suficient, l'LHC podria produir matèria fosca i permetre'ns estudiar les propietats que té. Com que té massa, és possible que aquesta substància desconeguda interaccioni amb el camp de Higgs, que actuaria com un portal cap al “món fosc”.

L'existència mateixa del Higgs planteja noves preguntes. És únic o hem descobert el primer membre d'un tipus diferent de partícules? Molts models introdueixen camps addicionals. Per exemple, les teories supersimètriques prediuen que les partícules elementals conegudes (el Higgs inclòs) tenen parelles amb diferent espín. L'LHC pot confirmar o refutar la seva existència. Una altra possibilitat és que el bosó de Higgs estigui compost per constituents que encara no s'han descobert; un nivell de subestructura addicional que donaria lloc a noves formes de matèria.

L'LHC comença una recerca emocionant d'energies no explorades mai abans. Travessarem les fronteres actuals del coneixement, a la recerca de respostes a problemes encara no resolts. És probable que trobem fenòmens inesperats, la naturalesa dels quals ni tan sols sospitem.

Antonio Pich catedràtic de Física Teòrica de l'IFIC i coordinador del Centre Nacional de Física de Partícules, Astropartícules i Nuclear (CPAN)

MÉS INFORMACIÓ