La fotografía de portada de este artículo ilustra claramente por qué los ingenieros y físicos del CERN (Organización Europea para la Investigación Nuclear) llaman al cable que podemos ver en la imagen “la pitón”. Su grosor y longitud recuerdan a los de esta serpiente tan intimidante. Sea como sea en este centro de investigación no se deja nada al azar, por lo que las características físicas de este componente están alineadas con su responsabilidad en el acelerador de partículas que está llamado a suceder al actual LHC: el LHC de alta luminosidad (HL-LHC por su sigla en inglés).

Si todo va según lo previsto el LHC de alta luminosidad estará listo a finales de esta década. En 2029, o, a lo sumo, en 2030. Este acelerador de partículas será una herramienta fundamental para los físicos del CERN en la búsqueda de la tan ansiada nueva física que con un poco de suerte nos llevará más allá de los sólidos muros del modelo estándar. Ponerlo a punto no es sencillo, pero, afortunadamente, los ingenieros y los científicos involucrados en su diseño y su construcción ya han superado varios desafíos importantes que nos invitan a mirar hacia adelante con esperanza.

Algunas de las preguntas que los físicos del CERN tienen la esperanza de poder responder con la ayuda del LHC de alta luminosidad son qué es y qué propiedades tiene la materia oscura, por qué los neutrinos tienen masa y por qué no hay antimateria en el universo. No cabe duda de que son preguntas apasionantes. Sea como sea de una cosa podemos estar seguros: sin “la pitón” la respuesta a estas preguntas no llegará. Hay otros componentes que también son fundamentales en el próximo acelerador de partículas del CERN, pero este es sin duda uno de ellos.

“La pitón” es un prodigio de la tecnología

Antes de seguir adelante merece la pena que indaguemos sin más preámbulos en la función que tiene este cableado tan imponente que han puesto a punto los ingenieros del CERN. Su propósito es alimentar los imanes superconductores que se responsabilizarán en el LHC de alta luminosidad de concentrar los haces de protones lo necesario para maximizar el número de colisiones que tendrán lugar en el interior de los detectores ATLAS y CMS. Dicho así parece poca cosa, pero no lo es. Tanto estos cables como los imanes superconductores son unas auténticas obras de ingeniería.

Los conductores de los cables son de boruro de magnesio (MgB2), un superconductor que tiene una temperatura crítica de 39 kelvin. Esta característica le permite erigirse como el superconductor convencional que tiene la temperatura crítica más alta de cuantos se conocen hasta ahora. Por otro lado, estos conductores están entrelazados, de manera que constituyen un único “mazo” de 9 cm de diámetro que está alojado al vacío en el interior de un criostato flexible que tiene 22 cm de diámetro y por el que circula helio en forma gaseosa.

Los cables de boruro de magnesio en contacto con el helio operan en el rango de temperaturas que se extiende entre 4,5 kelvin (-268,7 °C) y 20 kelvin (-253,2 °C). Después los cables superconductores de alta temperatura de ReBCO, que están constituidos por óxido de cobre, bario y tierras raras, transfieren la corriente desde 20 kelvin a 50 kelvin, y, por último, los conductores de corriente afrontan la transición desde 50 kelvin a la temperatura ambiental. En cualquier caso lo más sorprendente de todo es que este sistema es capaz de transportar una corriente de alrededor de 120 kA a una distancia de 85 metros. Es una auténtica monstruosidad.

Todo lo que hemos visto hasta ahora es impresionante desde un punto de vista técnico, pero lo realmente importante es que los técnicos del CERN han probado este sistema de alimentación en condiciones rigurosas, y ha aprobado con nota. Funciona correctamente. En cualquier caso, el siguiente eslabón de la cadena son, como hemos visto, los nuevos imanes superconductores del LHC de alta luminosidad. Están fabricados en una aleación de niobio y estaño que adquiere la superconductividad cuando se enfría con helio supercrítico hasta alcanzar una temperatura de -269 grados Celsius.

Esta propiedad es muy importante, de eso no cabe ninguna duda, pero su auténtico superpoder es, precisamente, una consecuencia de esta característica: estos imanes son capaces de generar un campo magnético de 12 teslas. Es una auténtica barbaridad. Para poner esta cifra en contexto solo tenemos que fijarnos en que la intensidad del campo magnético terrestre en la superficie de nuestro planeta oscila entre 25 y 65 microteslas (un microtesla equivale a la millonésima parte de un tesla).

Como podemos intuir, hay una buena razón que explica por qué los técnicos del LHC necesitan unos imanes tan potentes en este ciclo de operación del acelerador de partículas: para incrementar su luminosidad es imprescindible que los haces de hadrones queden confinados con muchísima precisión en los puntos de colisión de los detectores ATLAS y CMS. Tanto el LHC como los detectores con los que convive son un auténtico prodigio de la ingeniería.

Estas máquinas demuestran, además, qué es capaz de lograr el ser humano cuando empuja en una única dirección sin distraerse. Sin prestar atención a minucias sin importancia que nada tienen que ver con el progreso de la ciencia. Solo así será posible conseguir algo que los científicos del CERN ya acarician con la punta de los dedos: llevar a cabo colisiones de partículas con una energía de 7 TeV. De momento los nuevos imanes del LHC ya han alcanzado las corrientes necesarias para hacer posible la operación con este nivel de energía.

Imagen | Ballarino, Amalia – CERN

Más información | CERN

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