En los confines extremos de la realidad: la física de altas energías

Si todo funciona como está previsto (algo no demasiado seguro en un proyecto de tan colosal magnitud) en algún momento de este año el Gran Colisionador de Hadrones (LHC) del CERN, el centro europeo de física de partículas en Ginebra, empezará a colisionar protones a las energías más elevadas jamás producidas por el hombre. El objetivo de este impresionante experimento, que ha involucrado a decenas de miles de científicos, ingenieros e informáticos en los últimos 20 años, es estudiar el comportamiento de los componentes de la materia en las escalas más pequeñas jamás analizadas en un laboratorio (aunque un un detector como ATLAS, ver imagen inferior, con el tamaño de un edifico, no es la idea que el público general pueda tener sobre un laboratorio científico).

La física de altas energías se encuentra en un momento crucial de su historia. El llamado Modelo Estandard de la física de partículas, establecido hace unos 30 años y corroborado hasta el más mínimo detalle en una multitud de experimentos, describe de manera satisfactoria prácticamente todas las interacciones conocidas entre las partículas fundamentales. Como vemos en la imagen, podemos explicar casi todos las partículas y las interacciones que encontramos en la naturaleza en términos de unas pocas partículas fundamentales y las cuatro fuerzas fundamenteales: electromagnética, fuerte, débil y gravitatoria. Quedan ciertamente incógnitas fundamentales por resolver, como la naturaleza de la materia oscura y de la energía oscura, de capital importancia en cosmología, o los valores que toman las constantes de la naturaleza, pero en términos de componentes de la naturaleza y sus interacciones hemos obtenido una comprensión de magnitud inimaginable hace un siglo.

Por lo tanto, los físicos de partículas esperan encontrar nueva física en las colisiones a las imprecendentes energías que estudiará el LHC. En el mejor de los escenarios, estos resultados determinarán la dirección a seguir en el estudio de la materia fundamental, por ejemplo con la construcción de otro acelerador lineal de electrones, ei ILC. Sim embargo, todos estos proyectos de investigación son muy costosos, y solo pueden ser financiados a una escala auténticamente global. El problema surgirá si el LHC no encuentra más que la física conocida. Este escenario no es algo completamente impensable, de hecho no hay ningún teorema que nos asegure que encontraremos nuevas partículas en estos experimentos, solo argumentos más o menos pausibles según la audiencia. Aún antes de empezar el LHC, la investigación en este posible futuro acelerador ha sido ya cancelada en el Reino Unido y reducida en buena parte en los Estados Unidos. Estas decisiones claramente se podrían reconsiderar a la luz de los resultados de LHC, pero pensemos un poco sobre lo que pasaría en el peor de los escenarios (un ejercicio de especulación pura sin ninguna garantía predictiva, pero estimulante para refexionar sobre el futuro de una disciplica científica que ha sido siempre paradigma del método científico).

Este escenario catastrófico podría tener consecuencias dramáticas para la física de altas energías. En primer lugar, seria bastante difícil argumentar la construcción de un nuevo acelerador internacional de aún más potencia. Esto a su vez implicaría de la manera tradicional de estudiar la materia a escalas cada vez más pequeñas, hacerla colisionar cada vez a mayores y mayores energías de manera artificial, se habría acabado. Querría esto decir que jamás podremos conocer las leyes que rigen la naturaleza a las escalas más pequeñas? No necesariamente, pero habría que modificar el paradigma estrátegico utilizado, por ejemplo utilizando aceleradores naturales (rayos cósmicos o neutrinos galácticos), información cosmologica como el espectro de microondas o la formación de estructura a gran escala e incluso experimentos a menor energía pero con estadística muy elevada.

Sería este el final de la física de partículas? Al menos el final del método habitual de investigación en esta disciplina, basado en ir incrementando sucesivamente las energía de colisión entre partículas. Sim embargo, es posible que surjan nuevas ideas tanto teóricas (nuevos procesos sensitivos a escalas muy pequeñas) o experimentales (nuevos dispositivos que permitan acelerar partículas a grandes energías con un muy reducido coste económico) que hagan progresar la disciplina. Mi opinión es que la realidad siempre nos tiene guardadas las sorpresas más inesperadas, o por un camino o otro surgirá una apertura hacia la profundización en las leyes fundamentales. Por otra parte, he descrito es escenario más catastrófico, si por otra parte aparecen nuevas partículas fundamentales en el LHC, la física de partículas entrará en una edad de oro como lo ha estado en los últimos 30 años.

Un último apunte personal: por obvios motivos de trabajo yo soy un asiduo visitante del CERN. El laboratorio de física fundamental más importante del mundo es bastante anónido si uno solo se fija en le exterior, una especie de compleja industrial diseñado sin demasiada gracia, algo muy lejano al futurista laboratorio ultrasecreto que para seguir en su habitual linea de veracidad aparecía en una novel de Dan Brown. Pero lo realmente atractivo y espectacular es lo que se va a estudiar en los próximos meses: las leyes básicas de la naturaleza a escalas nunca antes exploradas por el hombre.