Pensament i acció
LHC: accelerador i col·lisionador de partícules (Cap al fons més obscur de la matèria)
01-02-2009
Autor
Josep Tomàs Cabot
Publicat a:
Escola Catalana. Física. Número 456
Per entendre el LHC, l’actual accelerador i col·lisionador de partícules més gran del món, hem de començar per recordar què és i com actua el veritable protagonista d’aquesta història: l’àtom.
Un àtom no és pas el que imaginaven els nostres besavis a finals del segle XIX. No és l’últim component simple del món material en què vivim, no és l’entitat elemental, mínima i indivisible d’aquesta matèria de la que estem formats. Avui sabem que un àtom és un organisme complex, amb un nucli format per nombroses subpartícules molt diferents entre elles, també molt complexes, i no pas totes conegudes per la ciència del nostre temps. Algunes d’aquestes partícules van ser descobertes i estudiades com si fossin un producte natural dels cossos radioactius (raigs alfa i beta de Rutherford). Més endavant, foren obtingudes per mitjans artificials (protons i neutrons gràcies a Chadwick). I, molt aviat, alguns físics europeus traslladats als Estats Units amb motiu de la segona guerra mundial (Bohr, Fermi, Szilard) van comprovar que el bombardeig d’una d’aquestes partícules sobre un àtom determinat (urani 235 o plutoni), podia fissionar o partir en dos el nucli d’aquest àtom, produint l’energia necessària per fer explotar les terribles bombes atòmiques de l’any 1945.
Els inicis de l’acceleració
L’estudi teòric de les partícules subatòmiques i l’experimentació sobre les mateixes van continuar al marge de la guerra per uns altres camins i amb diverses finalitats. Els físics van provar d’accelerar, o sigui, carregar d’energia algunes d’aquestes partícules per provocar ruptures al seu interior o topaments amb d’altres partícules i obtenir així l’aparició d’elements subatòmics encara més simples, totalment desconeguts en aquell moment.
L’acceleració es feia al principi en tubs o conductors rectes per mitjans electromagnètics, amb una força contínua o amb impulsos fraccionats provinents d’un camp elèctric alternant. Més endavant, es van provar circuits circulars o el·líptics, que permetien una major extensió i eficàcia del procés. Fou en aquest moment quan Ernest Orlando Lawrence va crear, a la Universitat de Califòrnia, el seu «ciclotró», que fou l’accelerador de partícules més important durant la dècada dels anys quaranta del segle passat.
L’any 1954, es va crear a Europa el CERN (sigla del primer nom francès: «Conseil Européen pour la Recherche Nucleaire»), format per dotze nacions, a les que es va incorporar Espanya l’any 1961. Actualment són vint països, tots ells del continent europeu, però mantenint estretes relacions científiques amb diferents centres internacionals i especialment amb alguns dels Estats Units.
Les instal·lacions d’aquest gran centre d’investigació europeu es van construir al cantó federal de Ginebra (Suïssa), tocant la frontera francesa. Si bé des del primer moment es van crear en aquell lloc acceleradors de partícules, al començament, però, no podien competir amb els nord-americans. Per exemple, cap d’ells no era comparable amb el «Tevatró» de 1983, ja productor de col·lisions a dojo.
L’accelerador més poderós
Però aquests instruments europeus s’han anat ampliant i perfeccionant amb el pas del temps i, actualment, la màquina d’aquest tipus més gran i poderosa del món és l’anomenat LHC («Large Hadron Colliderۚ», en la sigla anglesa). Es tracta d’un aparell enorme que, a través d’un tub circular de 27 quilòmetres, soterrat a una profunditat d’uns cent metres sota els voltants de la ciutat de Ginebra, provoca uns fluxos d’hadrons (components del nucli atòmic relativament pesats i dotats de molta energia), que poden topar o col·lidir entre ells quan han adquirit una velocitat propera a la de la llum i que, per aquest motiu, estavellant-se els uns contra els altres, poden provocar l’esclat de noves partícules subatòmiques, com l’anomenat «bosó de Higgs», previst en els càlculs teòrics, però encara no objectivat mai.
El LHC va començar la seva activitat, com estava previst, el dia 10 de setembre del 2008, però una avaria relacionada amb un escapament d’heli líquid va obligar a interrompre el seu funcionament i a posposar-lo, com a mínim, fins a la primavera d’aquest 2009. Si tot va bé, aproximadament d’aquí a mig any funcionaran a ple rendiment tant el LHC com la «Computing Grid» o xarxa informàtica, que permetrà a investigadors preparats de tot el món (entre ells, els de la Universitat Autònoma de Barcelona), recollir i analitzar els milers de dades obtingudes a través del gegantí aparell.
L’estudi teòric del nucli atòmic i la manipulació experimental dels seus components han permès --i és de suposar que ho continuaran fent--, un millor coneixement de la intimitat de la matèria. Serà un important avançament científic, potser amb aplicacions pràctiques tant en informàtica (Internet), com en diferents camps de la indústria, enginyeria, biologia i medicina. Però, de moment, el que ens interessa és obtenir el coneixement més exacte i ampli possible sobre el nombre, naturalesa, funcionament i estructura de totes les partícules i subpartícules de l’àtom, així com l’origen de la seva massa i per què aquesta no és idèntica en tots els casos.
Analogia de l’Univers
Aquests estudis també han fet possible una atrevida comparació amb el que succeeix, o millor dit, amb el que creiem que succeeix o que podria succeir a l’Univers considerat en la seva totalitat. Com si l’àtom fos un Univers en miniatura o, al contrari, com si l’immens firmament que veiem sobre nosaltres fos un àtom gegantí, podem crear unes analogies impressionants, com una grandiosa síntesi entre el que ens sembla més petit i el que ens sembla més gran de tot el que ens envolta. Que físics atòmics abocats al camp minúscul del seu microscopi i astrònoms partint d’enormes radiotelescopis tinguin alguna cosa en comú, sembla un fenomen extraordinari. Que uns i altres puguin utilitzar el mateix llenguatge i es puguin arribar a entendre, no deixa de ser un fet sorprenent, quasi inconcebible, en una època caracteritzada per l’especialització cada vegada més estricta i per la falta de relació mútua entre els científics de tot el mon. És incitant i prometedor per a tots nosaltres que, gràcies als acceleradors de partícules, els savis del nostre temps es comuniquin entre ells i vulguin establir camps de coneixement comú.
Ara bé, pensar com fan alguns que un simple experiment a nivell subatòmic, realitzat en un accelerador de partícules del minúscul planeta Terra, pot aclarir tots els misteris de l’Univers o reproduir algun dels moments de la seva evolució, provocant una catàstrofe còsmica, ens sembla francament exagerat. És evident que juguem amb la perillosíssima energia nuclear, que ja ha demostrat el seu enorme poder destructiu entre nosaltres, però ens movem en un àmbit relativament reduït i estem rodejats per vastíssims espais on un tipus de matèria com la que nosaltres som capaços d’entendre i de transformar, no existeix o no es manifesta.
Les crítiques
Hi ha qui no creu en aquest hipotètic perill còsmic i se’n riu, però alhora critica la gran despesa de diners, temps i energia mental que han costat la creació i el manteniment del «Large Hadron Collider». Alguns pensen que el guany teòric que això pot determinar (un millor coneixement de la intimitat de la matèria), no justifica l’esforç econòmic i mental de tanta gent poderosa i sàvia, en un moment en què el nostre món necessita ràpides solucions a gravíssims problemes col·lectius. Problemes, com sabem, als que no s’ha prestat fins ara l’atenció necessària, com podrien ser, posem per cas, una revolució agrícola i social al Tercer Món que evités milers de víctimes de fam cada dia, o una correcció ràpida i efectiva del canvi climàtic produït per una activitat humana sense control al llarg de tants i tants anys de consum excessiu i destrucció funesta. Voldríem pensar que la intel·ligència humana és prou capaç i que el seu esforç és prou rendible per a justificar alhora dues accions ben diferents, però totes dues positives i necessàries: la dedicació a la ciència teòrica des de les esferes més altes del pensament, i l’entrega incondicional a l’economia més immediata, realista i pragmàtica en benefici de la gent humil, arran de terra.
Josep Tomàs Cabot és ex professor de la Universitat de Barcelona, ex director de la revista Historia y Vida, corresponent de la Reial Acadèmia de Medicina de Catalunya i autor dels llibres El llarg camí de la ciència i El progrés tecnològic.
Tags:
Comparteix
