La sabiduría se encuentra en los lugares más insospechados, y hay que perseguirla con ahínco para que no se pierda. Se puede encontrar incluso en películas como
Star Wars, donde el caballero jedi Obi wan Kenobi se pregunta:
«¿Quién es más loco, el loco, o el que le sigue?
». Es una pregunta aparentemente inocente, pero que los físicos de partículas experimentales deberían considerar con cuidado y dedicarle una reflexión. La razón es que la locura que invade a los físicos teóricos y que les lleva a proponer teorías cada vez más alejadas del experimento, descrita en la
anterior entrega de esta serie, parece ser contagiosa. De la misma manera, en los últimos años, los físicos experimentales no paran de proponer nuevos colisionadores, cada vez más grandes y más energéticos, y también, claro, mucho más caros, con el dudoso objetivo de confirmar alguna de estas estrafalarias teorías. Pero...
¿están científicamente justificadas estas propuestas? Un análisis somero lleva a una conclusión clara y diáfana: no. A pesar de ello, dominan la discusión sobre el futuro de la física experimental de partículas de hoy.
El descubrimiento del bosón de Higgs completó el espectro del modelo estándar. Ya no hay más partículas predichas que buscar. Y además permanece perfectamente consistente incluso si se extrapola hasta la energía de Planck. No se necesitan nuevas partículas para asegurar esa consistencia. Esto tiene una implicación fascinante: todas las propiedades del mundo que nos rodea se pueden derivar, en principio, de los quarks, los leptones y las interacciones del modelo estándar. Y otras implicaciones no menos fascinantes, pero acaso más difíciles de reconocer: no hay ninguna razón objetiva que nos haga pensar que hay física más allá del modelo estándar que sea accesible a los colisionadores de partículas actuales o del futuro cercano. Los datos que se han tomado a la más alta energía que el LHC es capaz de alcanzar no han mostrado evidencia alguna de que haya nuevas partículas. El modelo estándar ha triunfado una vez más. Muy posiblemente, el Higgs sea la única partícula que se descubra en LHC. Este es el llamado escenario de pesadilla. Dada la exposición mediática que tuvo su descubrimiento, es irónico que realmente haya supuesto la peor situación posible tan poco después. Sin embargo, esta posibilidad ya era perfectamente conocida en 2007, como puede verse en la revista
Science, que en dicho año publicó un artículo titulado
Physicists' Nightmare Scenario: The Higgs and Nothing Else. Y además era un escenario no especialmente improbable, como ya se había advertido en muchos medios. Valga de muestra un botón:
encrucijada, de marzo de 2013. Pero para el que, de manera absolutamente sorprendente, no parecen haberse preparado los físicos del LHC.
La pregunta es evidente, por lo tanto. Y ahora,
¿qué?
A estas alturas no debe resultar sorprendente conocer que la comunidad de físicos de partículas ha propuesto no una, sino varias alternativas posibles. Y todas ellas pasan por la construcción de aceleradores mayores y más poderosos. Y todas ellas sin demasiado fundamento científico, buscando la quimera supersimétrica o alguno de sus primos.
De hecho, el CERN construyó un programa completo para operar LHC hasta el año 2035... ¡Sin tener en cuenta los resultados que se obtuvieran antes! Increible, pero cierto. Como no podía ser de otra manera, los datos producidos por el acelerador hasta ahora permiten sacar consecuencias que dejan este plan en muy mal lugar. La propuesta del CERN es, básicamente, alargar la vida de LHC mediante algunas modificaciones en el acelerador para aumentar no la energía de las colisiones, sino su frecuencia (técnicamente, la luminosidad del acelerador), es el HL-LHC (por
High Luminosity LHC). Sin embargo, HL-LHC es una opción excesivamente forzada, puesto que el factor esencial para los nuevos descubrimientos es la energía, no la luminosidad. Y por eso, los principales resultados de los colisionadores como LHC se suelen alcanzar al inicio de los experimentos. Aumentar la luminosidad aumenta la posibilidad de descubrimientos, sí, pero tan solo de forma residual. Los protones no son partículas elementales, y por tanto, la energía que llevan se reparte entre sus constituyentes, quarks y gluones. La probabilidad de que estos constituyentes elementales colisionen con una energía que sea una fracción muy alta de la energía total disponible es muy pequeña, pero es lo que pretende explotar HL-LHC. Por si no fuera suficiente, además este aumento de la luminosidad supone una renovación del acelerador y los detectores que es difícil y muy cara, no compensada por el pequeño beneficio esperado. Seguramente la motivación de esta propuesta no es científica, sino que está más ligada a razones puramente políticas o de supervivencia del laboratorio. Y estas no son nunca buenas razones cuando de ciencia se habla.
El LHC tiene un programa de física por delante, no lo olvidemos. Un programa de presente, no de futuro. Hay que obtener el máximo beneficio científico de una máquina como esta, que, además, sigue dando un rendimiento que está incluso por encima de las expectativas. La parte central de este programa es explorar la física del bosón de Higgs con la máxima precisión y el máximo detalle que el colisionador permita. Sin embargo, para conseguir este objetivo no es necesario aumentar la luminosidad como se ha propuesto. Será interesante ver cómo se desarrollan los acontecimientos y quién puede más, si la ciencia o la política.
Pero, como decíamos antes, HL-LHC no es la única propuesta que hay sobre la mesa.
Incluso antes de que LHC comenzase a funcionar, ya se habían propuesto dos posibles sucesores. Como no, presentados como las herramientas óptimas para el estudio de SUSY, y que serían capaces de medir con precisión muy superior a la de LHC propiedades de las partículas supersimétricas. La locura es contagiosa.
La primera se llama
International Linear Collider (ILC) y consiste en un colisionador lineal que haría chocar electrones contra positrones. En una fase inicial, a una energía de 500 GeV, muy por debajo de lo que ya ha explorado el LHC, para lo cual haría falta un túnel de unos 30 km. En una segunda fase la energía podría aumentar hasta 1 TeV, todavía por debajo de la escala ya explorada por el LHC, para lo cual haría falta alargar el túnel hasta 50 km. Esto es un factor 10 mayor que el más grande acelerador lineal que haya existido nunca, el SLC de Stanford, que operó en los años 90 del siglo XX. Una instalación así costaría en torno a los 10.000 millones de euros. Dadas sus capacidades y su precio, el ILC murió antes de empezar, claro. Sin embargo, aun hoy en día sigue teniendo defensores. Asombroso, pero cierto. Digno de la antología del disparate. Así estamos.
La segunda alternativa es parecida. Se llamó
Compact Linear Collider (CLiC) y consiste en un colisionador lineal electrón-positrón, como el ILC, pero a una energía de 3 TeV, que es, muy aproximadamente, la energía que hoy en día ya está explorando el LHC. La longitud que tendría el túnel para albergar esta máquina es de 50 km. Esta es una propuesta tan audaz que se lanzó a la discusión aunque hoy en día no existe aún la tecnología para construirlo. La desesperación hecha experimento.
También se maneja la idea de un colisonador de muones, en lugar de usar electrones o protones, pero de nuevo, hoy en día no existe tecnología suficiente para construir tal máquina.
Más recientemente ha tomado cuerpo otra propuesta más: el
Future Circular Collider (FCC). Se trata de una versión gigante del LHC, que produciría choques protón contra protón a una energía de 100 TeV, aumentándola, por tanto, en un factor próximo a 10 respecto a su predecesor. La longitud que tendría que tener un colisionador así es de 100 km. Se guarda la posibilidad de que también sea capaz de producir colisiones electrón-positrón y electrón-protón. Actualmente se encuentra en fase de estudio de viabilidad, pero ya ha provocado cierta polémica. El CERN está interesado en el proyecto, como sucesor del LHC, pero hay un segundo pretendiente. Se trata de China, que pretende alojarlo en el laboratorio que se está construyendo, con ese fin, en Qinghuada. Y además ofrece una parte sustancial de la financiación necesaria para su construcción y funcionamiento. Habrá que esperar para saber cómo se desarrolla el proyecto.
Sea cual sea la encarnación final de ese futuro colisionador, si realmente se construye, será sólo uno, pues un proyecto tan grande y técnicamente exigente solo puede abordarse mediante una colaboración mundial. No hay ningún país capaz de construirlo en solitario. Supone, además, un desembolso económico extraordinario, más de 10.000 millones de euros (seguramente, bastante más), y exige la dedicación de varios miles de personas durante un periodo no menor que 25 años. Todo esto para construir un mastodonte que no tiene garantizado el éxito científico, pero que, eso sí, mantendría a la comunidad ocupada, aunque también atrapada, durante varias décadas. Parece evidente que no es el momento de afrontar este reto, pero no debemos descartar que alguno de estos proyectos, a pesar de su muy deficiente base científica, se lleve adelante. Nadie sabe, hoy, las consecuencias que tal decisión podría tener a muy largo plazo.
No está de más, llegados a este punto, insistir en que no es el fin de la física. Quedan muchos y fascinantes problemas que resolver. Lo que los datos están dejando muy claro, pura y simplemente, es que los colisionadores no son las mejores herramientas para los siguientes pasos que la física de partículas debe afrontar. Nada más. Y nada menos.
El paso más lógico (siempre desde el punto de vista estrictamente científico) es intentar obtener indicaciones con otros experimentos. Hay que estudiar las escalas de energía que no se pueden alcanzar hoy en día de manera directa, para conseguir averiguar a partir de qué umbral la nueva física se hace visible. Sólo en ese momento tendrá sentido plantearse un colisionador que sea capaz de alcanzar y estudiar esa región, y que, entonces sí, tendrá garantizado un rendimiento científico acorde con la envergadura del proyecto. Pero no siempre los pasos que se dan son los más lógicos, lamentablemente.
Esto se explica por la segunda parte del problema, muy parecida a lo que describimos en
la anterior entrega. Para hacer funcionar y obtener los resultados científicos de los enormes colisonadores que se han ido construyendo a lo largo de la historia, se ha desarrollado en paralelo una comunidad de científicos que ha alcanzado un tamaño gigantesco, y unos laboratorios enormes que necesitan muchos recursos económicos para mantenerse en funcionamiento. Cada uno de los experimentos científicos que analizan los datos del LHC, por ejemplo, es una colaboración internacional de alrededor de 4000 personas. Y hay 4 experimentos analizando las colisiones. Si no se construye una infraestructura comparable al LHC, no habrá manera de mantener una comunidad de este tamaño. Es el problema de lo que se ha dado en llamar "la gran ciencia". Como pionera en este desarrollo, la física de partículas es la primera que se enfrenta a este problema. Pero en el futuro iremos viendo llegar al mismo punto a otras especialidades científicas.
En el caso de la física, las dos grandes vías de escape son el estudio de los neutrinos y el estudio de la cosmología, como caminos para intentar obtener alguna evidencia de la escala en la que aparece la física más allá del modelo estándar. También se puede pensar en otro tipo de experimentos de altísima precisión, pero estos son, necesariamente, mucho más pequeños. El panorama, pues, no es sencillo. Los experimentos de neutrinos están más limitados que los experimentos en colisionadores, ya que se diseñan con un objetivo más concreto, para obtener la medida de algún parámetro, y no permiten una diversidad de resultados tan grande como la que se produce en los experimentos de colisiones de partículas. Por su parte, algunos de los proyectos dedicados al estudio de los parámetros cosmológicos sí son muy ricos y permiten una variedad de análisis científicos comparable a la que se da en los grandes colisionadores de partículas. Sin embargo, aunque se constituirán grandes colaboraciones para llevar adelante tanto los futuros experimentos de neutrinos como las grandes prospecciones cosmológicas, estos proyectos no pueden absorber una comunidad tan grande como la que actualmente se dedica a los colisionadores de partículas.
Nadie sabe, hoy en día, cómo evolucionará en el futuro la estructura actual de la física fundamental. Tan sólo sabemos que tendrá que cambiar profundamente. Estamos presenciando el inicio de una revolución, aunque los hechos parezcan insignificantes.
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| Fortuna iuvat audaces |
