CERN cincuenta años

2004/05/01 Roa Zubia, Guillermo - Elhuyar Zientzia Iturria: Elhuyar aldizkaria

• Fisika

Acelerador LEP, el más prestigioso de los realizados por el CERN.

CERN

Terminada la Segunda Guerra Mundial, la investigación científica en Europa no estaba en muy buen estado. Por un lado, las consecuencias de la propia guerra estaban a la vista, tanto en la ciencia como en cualquier otro ámbito de la vida. Los investigadores europeos tenían pocos recursos, poco dinero. Por supuesto, la prioridad para invertir dinero no era la ciencia. No podía ser. Por otra parte, muchos científicos se habían fugado, la mayoría a Estados Unidos, por lo que no era fácil organizar buenos y eficientes grupos de investigación.

Hay que entender que en aquella época el ambiente no era el más adecuado para investigar en física. La física nuclear fue la línea de investigación más desarrollada durante la guerra. Y una vez terminada la guerra, no era de extrañar que para la gente la física nuclear y el desarrollo de las armas fueran en gran medida sinónimos. Pero la investigación de la física no estaba relacionada únicamente con bombas y cohetes.

Estaban descubriendo nuevas partículas de tamaño más pequeño que el átomo y no tenían nada que ver con las armas. Por otro lado, la fisión nuclear podía tener gran importancia en la producción de energía. Además, en 1947 se inventó el transistor en Estados Unidos y se estaban investigando nuevos materiales para mejorar el transistor. No hay que olvidar que la mayor parte de la tecnología actual está basada en el transistor y, por tanto, en la investigación de partículas.

En esta situación, los científicos europeos tenían que hacer algo para promover la investigación. El francés Louis de Broglie, premio Nobel de Física de 1929, realizó su primera propuesta en este sentido. En aquella época crearon muchas organizaciones basadas en la cooperación internacional, ¿por qué no en el ámbito de la ciencia? En un congreso celebrado en Lausana en 1949 propuso la construcción de un laboratorio internacional europeo.

En marcha el proyecto del nuevo acelerador LHC.

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Varios Premios Nobel colaboraron en el desarrollo de la idea en congresos organizados por la UNESCO. Finalmente, el 29 de septiembre de 1954 se inauguró el laboratorio CERN con el patrocinio de doce pueblos europeos.

Primeros aceleradores CERN

A partir de esta época, la investigación de partículas se basa necesariamente en aceleradores. Los aceleradores o sincrotrones (para estas máquinas se utilizan ambos nombres) aceleran las partículas y las hacen chocar con una gran energía. La distribución de los componentes del núcleo de un átomo requiere una gran cantidad de energía, por lo que la detección de estos componentes o partículas también es imprescindible.

En definitiva, el objetivo principal de esta investigación es responder a una sencilla pregunta: ¿de qué está hecha la materia? Y cuando se dice materia, se quiere decir todo. Porque todas las cosas están hechas de átomos, y los átomos están hechos de protones, neutrones y electrones, ¿de qué están hechos? Para investigarlo hay que hacer chocar protones, neutrones y electrones para ver qué partículas salen cuando se "deshacen". A día de hoy tenemos la respuesta de que estas partículas están fabricadas en quarkez, pero hay otras muchas preguntas sin responder.

En el CERN, por tanto, era imprescindible empezar a fabricar aceleradores. El primero se realizó antes de finales de la década de 1950, con el que se podía obtener una energía de 600 millones de electrónicos (600 MeV). Hay que tener en cuenta que el electrón-voltio (eV) es una unidad de energía que necesita un electrón para alcanzar un potencial de un voltio desde la parada. Piénsese que la energía de una pequeña pila doméstica cede el potencial de 1,5 voltios a millones de electrones. Por lo tanto, no es de extrañar que un acelerador proporcione 600 MeV.

Con el paso de los años, el CERN comenzó a utilizar una tecnología cada vez mejor, haciendo cada vez mejores aceleradores. El sincrotrón podía alcanzar la energía de 300 GeV (300.000 millones de eV) construida para 1971, lo que supone 500 veces más energía que la primera. Este sincrotrón era un túnel circular de siete kilómetros de longitud. Una hermosa instalación.

La investigación con estos aceleradores trajo consigo resultados prácticamente desde el principio. En 1973 se descubrió que el tamaño de los protones aumenta a medida que aumenta la energía, lo que indica que los protones están constituidos por partículas más pequeñas que pueden distribuirse mediante la donación de energía.

El campo eléctrico que acelera electrones y positrones se oscila dentro de estos recipientes de cobre.

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Han sido muchos los sincrotrones que ha puesto en marcha el CERN. En los últimos años la más famosa ha sido la LEP ( Large Electron-Positron collider ), un ciclotrón de 27 kilómetros de circunferencia que comenzó su andadura en 1981 y que paralizó en 2000. Ha dado muchos resultados, destacando el premio Nobel de Física otorgado por los científicos Carlo Rubbia y Simon van der Meer en 1984 por su trabajo en este acelerador.

El trabajo realizado por el holandés Van der Meer tenía que ver con la mejora de los lotes de partículas. Según este trabajo, además de realizar aceleradores cada vez más grandes, se pueden mejorar las partidas que aceleran. De hecho, en 1978 este físico inventó una técnica para acumular esos haces de rayos. El rayo "enfriado" aumentaba su intensidad y conseguía acumularlos. Mediante esta técnica aumentaban considerablemente la eficacia de las OPEs y otros sincrotrones.

Pero la época de las OPEs finalizó hace cuatro años. En su lugar se está fabricando un nuevo acelerador: LHC ( Large Hadron Collider ). Esta nueva máquina alcanzará una energía de 1 TeV, es decir, un billón de electrón.

Cámaras de detección de partículas

Además de los aceleradores, fabricaron otros muchos aparatos. Por ejemplo, se desarrollaron cámaras de investigación de partículas en hidrógeno u otros medios, dotadas de los imanes más grandes hasta entonces. Estas cámaras eran en aquella época los dispositivos de detección de partículas más avanzados del mundo, que en definitiva pueden detectarse al chocar las partículas con los átomos de la cámara.

En 1967 se formó una cámara llamada Gargamelle. Esta cámara estaba llena de un líquido pesado y el neutrino servía para "cazar". El descubrimiento más significativo que se hizo con esta cámara estaba relacionado con estas partículas: que los neutrinos pueden interactuar con otras partículas sin dejar de ser neutrinos.

La LEP se encuentra en un túnel subterráneo de 27 km en Ginebra.

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La línea de investigación de cámaras y detectores también ha supuesto grandes beneficios para el CERN. De hecho, el francés Georges Charpa recibió el Premio Nobel de Física en 1992 por su invención de la cámara multihilo proporcional, un tipo de detector.

Futuro

En 2001, investigadores del CERN anunciaron nuevos resultados en la investigación del par materia-antimatería. ¿Por qué la materia en la naturaleza es más común que la antimatería? Para responder a este tipo de preguntas son necesarias numerosas investigaciones sobre partículas, cada vez con más energía. Y para ello se están preparando nuevos recursos en el CERN.

El CERN celebra este año su celebración. Pero eso no quiere decir que hayan dejado de trabajar. Como hemos dicho, una de las prioridades es la construcción del LHC. En cualquier caso, la investigación básica en física seguirá siendo el lugar del CERN, al menos durante los próximos cincuenta años.