Comprender el Universo a su más pequeña escala, aquella en la que la materia y la energía se mezclan en revoltijo de partículas elementales y fuerzas fundamentales, requiere de máquinas enormes y del esfuerzo coordinado de miles de científicos. La mayor de esas máquinas es el Gran Colisionador de Hadrones o LHC, perteneciente al Laboratorio Europeo de Física de Partículas Elementales (CERN).

Entre las muchas instituciones científicas ligadas al LHC está el Instituto de Física de Cantabria. Allí, la investigadora Alicia Calderón Tazón, doctora en Ciencias Físicas, trabaja en el detector de partículas CMS instalado en LHC.

Ya quedan lejos las viejas ideas del griego Demócrito, quien propuso, por primera vez, que la materia estaba formada por átomos pequeñísimos e indivisibles. Ahora sabemos que tales unidades existen, pero no son indivisibles, sino que están compuestos por otras partículas: electrones, protones y neutrones.

Los electrones sí se consideran elementales, es decir, no se pueden descomponer en unidades más pequeñas, y forman parte de una familia de partículas conocidas como “leptones”. Los protones y neutrones, en cambio, no lo son, éstas y otras partículas se conocen con el nombre genérico de “hadrones” porque están formados por otro conjunto de partículas elementales: los quarks.

Los leptones y los quarks, junto a las cuatro fuerzas o interacciones fundamentales que dominan la naturaleza, a saber, la electromagnética, la débil, la fuerte y la gravitatoria, forman la base de todo lo que conocemos. Los físicos intentan describir con modelos teóricos las propiedades y relaciones entre las partículas y las fuerzas fundamentales y, actualmente, la mejor teoría que existe se conoce como Modelo Estándar de Física de Partículas.

El Modelo Estándar describe el universo desde el punto de vista de sus componentes más ínfimos, pero lo hace de una forma dinámica que se ha ido ajustando y mejorando a medida los investigadores teóricos y experimentales han ido proporcionado información. Es un camino de doble sentido, unas veces la teoría proporciona la guía para buscar experimentalmente propiedades y relaciones predichas por ella, y otras, son los experimentos los que proporcionan datos reales que exigen una corrección y ajuste de la teoría.

Pero experimentar con los componentes más diminutos del universo requiere, paradójicamente, máquinas enormes. El LHC es el ejemplo más notable.

El LHC es la máquina más grande jamás construida y, probablemente, la más cara y compleja. La enorme instalación contiene un túnel en forma de un enorme donut de 27 kilómetros de circunferencia enterrado cien metros bajo tierra cerca de Ginebra, en la frontera franco-suiza. Por su interior, forzado por enorme electroimanes superconductores, los científicos hacen circular dos haces de protones en sentidos opuestos que son acelerados hasta velocidades cercanas a las de la luz. En lugares concretos de la circunferencia se encuentran instalados enormes detectores con los que científicos como Alicia Calderón y su equipo observan lo que sucede cuando los dos haces de protones chocan entre sí.

Alicia Calderón cuenta durante la entrevista lo que se puede observar en el detector CMS cuando chocan dos paquetes de protones. Cada uno de esos paquetes, compuestos por cientos de miles de millones de protones, chocan con tal violencia que su energía se dispersa y da masa a infinidad de nuevas partículas, entre ellas, electrones, fotones, muones… Es en esa compleja mezcla de restos de cada colisión donde científicos del Instituto de Física de Cantabria, junto a muchos otros de decenas de instituciones repartidas por todo el mundo, buscan las trazas de nuevas partículas predichas por la teoría y huellas de sus propiedades. Así se encontró el bosón de Higgs, una partícula propuesta teóricamente en 1964 como cuanto del campo de Higgs que da origen a la masa de las partículas. El anuncio del descubrimiento fue hecho en 2012 y la confirmación un año después.

Alicia Calderón habla los logros del pasado y de las investigaciones futuras que se llevarán a cabo con el LHC, entre las que se encuentra la búsqueda de una posible partícula que permita explicar la existencia de la materia oscura.

Os invito a escuchar a Alicia Calderón Tazón, Investigadora en el Instituto de Física de Cantabria (IFCA), Centro Mixto del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) y la Universidad de Cantabria (UC),