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El Gran Colisionador de Hadrones (LHC, por sus siglas en inglés) ha sido responsable de asombrosos avances en física: el descubrimiento del esquivo y largamente buscado bosón de Higgs, así como de otras nuevas partículas exóticas, posibles indicios de nuevas fuerzas de la naturaleza, y mucho más.
Situado en la Organización Europea para la Investigación Nuclear (CERN), en la frontera entre Francia y Suiza, se espera que el LHC funcione durante otros 15 años. Sin embargo, los físicos ya están planeando lo que vendrá después.
Una de las propuestas favoritas para el siguiente paso del CERN es un proyecto que tardará 70 años en realizarse: el Futuro Colisionador Circular (FCC). Más de tres veces mayor que el LHC, esta enorme máquina promete resolver algunos misterios del universo y, sin duda, revelar otros nuevos.
¿Qué hará el Futuro Colisionador Circular?
El LHC, que ocupa un túnel circular de 27 kilómetros de circunferencia, es actualmente la mayor máquina del mundo. El FCC se alojaría en un túnel mucho mayor, de 91 km, en la cuenca de Ginebra, entre las montañas del Jura y los Alpes.
La primera etapa del FCC consistiría en la construcción y explotación de un colisionador de electrones (las partículas ligeras que forman la capa exterior de los átomos) y positrones (las imágenes especulares antimateria de los electrones). Este colisionador permitiría realizar mediciones más precisas del bosón de Higgs.
La segunda etapa sería un colisionador de protones (partículas más pesadas que se encuentran en el núcleo de los átomos). El LHC ya hace chocar protones, pero la nueva máquina aceleraría los protones hasta más de siete veces su energía.
Este aumento de la energía de colisión permite descubrir partículas nunca antes producidas por la humanidad. También conlleva desafíos técnicos, como el desarrollo de imanes superconductores de alta potencia.
Incógnitas conocidas
El resultado más destacado del LHC ha sido el descubrimiento del bosón de Higgs, que permite explicar por qué las partículas del universo tienen masa: interactúan con el llamado campo de Higgs, que impregna todo el espacio.
Ha sido una gran victoria para lo que llamamos el modelo estándar. Se trata de la teoría que, según nuestros conocimientos actuales, explica todas las partículas fundamentales del universo y sus interacciones.
Sin embargo, el modelo estándar tiene importantes puntos débiles y deja algunas preguntas cruciales sin respuesta.
El FCC promete responder a algunas de estos interrogantes.
Por ejemplo, sabemos que el campo de Higgs puede explicar la masa de las partículas pesadas. Sin embargo, es posible que un mecanismo completamente diferente proporcione masa a las partículas más ligeras.
También queremos saber si el campo de Higgs da masa al propio bosón de Higgs. Para responder a estas preguntas necesitaremos las energías más altas que proporcionará el FCC.
El FCC también nos permitirá observar más de cerca las interacciones de los quarks muy pesados. (Los quarks son los componentes más pequeños de los protones y otras partículas). Esperamos que esto pueda arrojar luz sobre la cuestión de por qué el universo contiene mucha más materia que antimateria.
El nuevo ingenio nos ayudará a buscar partículas que podrían ser materia oscura, una misteriosa sustancia que parece impregnar el universo.
Por supuesto, no hay garantías de que el FCC proporcione las respuestas a estas preguntas. Esa es la naturaleza de la investigación impulsada por la curiosidad. Se conoce el viaje, pero no el destino.
Colisionadores competidores
El FCC no es el único gran proyecto de física de partículas que se está estudiando.
También se ha propuesto una máquina de 20 kilómetros llamada Colisionador Lineal Internacional, que probablemente se construiría en Japón.
Estados Unidos tiene varios proyectos en marcha, principalmente detectores de diversos tipos. También apoya una “fábrica extraterritorial de Higgs”, situada en Europa o Japón.
Un proyecto que puede preocupar a los partidarios del FCC es el Colisionador Circular de Electrones y Positrones (CEPC) chino, de 100 kilómetros de longitud, que presenta importantes similitudes con el FCC. La jefa del laboratorio europeo CERN, Fabiola Gianotti, declaró que si no se daba luz verde a un nuevo colisionador de partículas, el continente podría perder su liderazgo en física fundamental ante China.
Costes elevados
La decisión sobre el FCC no se tomará a la ligera, dado el elevado coste asociado al proyecto.
El CERN calcula que la primera fase costará 15 000 millones de francos suizos (unos 16 000 millones de euros), repartidos en 12 años. Un tercio de este coste corresponde a la construcción del túnel.
La cuantía de la suma ha suscitado críticas. Sin embargo, un portavoz del CERN declaró a la agencia France-Press que hasta el 80 % del coste se cubriría con el presupuesto anual actual de la organización.
La segunda fase del FCC, que reutilizaría el túnel de 91 km, así como parte de la infraestructura existente del LHC, tiene actualmente un coste estimado de 19 000 millones de francos suizos (20 000 millones de euros). Este coste conlleva una gran incertidumbre, ya que la segunda etapa no se pondría en servicio hasta 2070 como muy pronto.
Beneficios más allá de la ciencia
El avance científico no ha sido el único fruto del LHC. También ha deparado muchos beneficios tecnológicos prácticos, desde la tecnología médica al software libre.
Durante los últimos 70 años, el CERN ha servido de fantástico modelo de colaboración internacional pacífica y eficiente. Más allá de su asombrosa producción científica, también ha producido importantes avances en ingeniería que que han llegado a la sociedad. La construcción del FCC será una inversión tanto en tecnología como en respuestas a las grandes preguntas que surgen de la curiosidad humana.
Tessa Charles ha recibido financiación a través de un proyecto Horizonte 2020 de la UE, el Estudio de Innovación de FCC (FCCIS).
Ulrik Egede recibe financiación del Australian Research Council para realizar investigaciones en el Gran Colisionador de Hadrones. Representa al sudeste asiático y a Australia/Nueva Zelanda en el Comité Internacional de Futuros Aceleradores.