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Artículos

Una clase de física

Pesquisa FAPESP rompe con una costumbre en las siguientes páginas. Por primera vez la revista publica un extenso artículo de un investigador, vinculado a un importante tema. Como es sabido, esta revista edita notas sobre proyectos de investigación de ciencia y tecnología, y sólo eventualmente, cortos artículos de investigadores. El físico y profesor Roberto Salmeron, radicado hace muchos años en Francia, les brinda a los lectores un singular informe sobre los 50 años del Centro Europeo de Investigaciones Nucleares (CERN), uno de los grandes logros científicos del siglo pasado. Y aprovecha para ofrecer una visión panorámica bastante didáctica sobre las investigaciones en el área de física de partículas. Este artículo se justifica no solamente por la importancia del tema, sino también por la excelencia del autor. Roberto Salieron es físico y director de investigación emérito jubilado de la escuela Politécnica de Francia. Fue uno de los primeros investigadores del Centro Brasileño de Investigaciones Físicas de Río de Janeiro, y del CERN, con sede en Ginebra, Suiza; profesor de la Universidad de São Paulo y de la Universidad de Brasilia. Es autor del libro A universidad interrompida: Brasília, 1964-1965 (Editora UnB, 1999, agotado) y es uno de los investigadores entrevistados en el libro Prazer em conhecer (FAPESP/ Instituto Uniemp, 2004). Con este artículo, Pesquisa FAPESP procura contribuir a la historia de la física en este período.

Una experiencia científica, social y humana

El laboratorio que lleva el nombre de Organización Europea para la Investigación Nuclear, conocido por su sigla CERN, con sede en Ginebra, Suiza, y fundado el 29 de septiembre de 1954, celebra sus 50 años. Este prestigioso laboratorio es una de las mayores aventuras científicas del siglo XX. Su importancia es considerable, no solamente por sus éxitos científicos y tecnológicos, sino también porque inventó la colaboración internacional en las ciencias, creando una nueva relación en investigación entre los países y entre laboratorios de diferentes países, y una nueva sociología en la ciencia que resultó en una experiencia humana pionera en la historia de la civilización.

El CERN es el mayor laboratorio del mundo en investigación básica, que abarca a todas las ciencias. Pese a ser europeo, su importancia va más allá de Europa: influye sobre la física mundial. Es la institución internacional de mayor éxito, por haber alcanzado plenamente los objetivos para los cuales se la creó. Su historia constituye un ejemplo de idealismo, de relaciones humanas, de colaboración entre países, de planificación científica y tecnológica, de formación de jóvenes investigadores y de relaciones entre la ciencia básica y la industria.

Inicialmente, se previó que trabajarían allí 400 personas de los 12 países que lo crearon. Pero actualmente lo frecuentan 6.500 investigadores de 80 países.

Una de las más antiguas curiosidades del hombre consiste en saber de qué están hechas las cosas, cómo está constituido el Universo, cómo comprender que hay en la Tierra y en el cielo. Los intentos de explicación comenzaron hace más de cinco mil años, con la mitología, y continuaron sin apoyo sobre bases objetivas durante siglos, sin el método experimental introducido por Galileo en el siglo XVII. Los primeros pasos científicos se dieron a mediados del siglo XIX, y los grandes progresos se hicieron en el siglo XX. En los últimos 50 años, desde el comienzo de la actuación del CERN, con trabajos realizados en muchos lugares, no solamente en el CERN, aprendimos más sobre la estructura de la materia que en toda la historia anterior de la humanidad.

El objetivo del CERN es el estudio de la estructura íntima de la materia, es decir, de las partículas elementales que constituyen la parte más profunda de la materia, y de las leyes que rigen las fuerzas ejercidas por las partículas entre sí. Aprendimos que esas partículas constituyen todos los cuerpos existentes en la Tierra y en el Universo. Conociendo las leyes que las rigen, estaremos conociendo las leyes fundamentales del Universo.

Tuve el privilegio de trabajar en el CERN desde su fundación, cuando terminé mi trabajo de tesis en la Universidad de Manchester, Inglaterra, habiendo sido uno de los diez primeros físicos experimentales contratados por el laboratorio. Fui miembro de la planta permanente de físicos durante diez años y continué haciendo experimentos allí durante otros 25 años, como físico de la École Polytechnique de Francia, hasta que me jubilé. Tuve por todo ello la oportunidad excepcional de seguir la evolución del laboratorio desde su origen.

Este artículo fue organizado teniendo en cuenta que la gran mayoría de sus posibles lectores no conoce la física de las partículas elementales. Pretendemos mostrar los motivas de la fundación del CERN y el apoyo permanente que ha tenido durante 50 años −y continuará teniéndolo−, por parte de tantos países. Veremos cómo estudiamos las partículas y el impresionante arsenal tecnológico desarrollado para estos estudios. Por eso mostraremos inicialmente qué son los rayos cósmicos y su contribución para con la física de las partículas, qué son los aceleradores, la historia de la fundación del CERN, su estructura y los objetivos fundamentales de las experiencias en el CERN. Brindaremos también algunas nociones sobre la física de las partículas y su relación con la astronomía, los grandes retos científicos en estas áreas de la física y, por último, un racconto de los éxitos del CERN.

La primera fotografía de la página 6 muestra dónde se encuentra el CERN, en la región fronteriza entre el cantón de Ginebra y Francia. Los diversos círculos corresponden a los lugares donde están emplazados los aceleradores de partículas, en túneles subterráneos. El círculo mayor, de 27 kilómetros de longitud, indica el Large Hádron Collider (LHC), cuya construcción culminará en 2007.

1 – La física en Europa al final de la Segunda Guerra Mundial

Para entender mejor la importancia de la fundación del CERN es necesario retrotraernos a la situación de Europa al final de la Segunda Guerra Mundial, que se extendió desde septiembre de 1939 hasta mayo de 1945. Antes de la guerra, la ciencia europea era la vanguardia. Los trabajos fundamentales que sentaron las bases de la física moderna se hicieron en Europa. Durante la guerra los laboratorios europeos fueron destruidos, cerrados o redujeron ostensiblemente su actividad. Por otro lado, Estados Unidos, que también llevó adelante un gran esfuerzo de guerra, nunca libró batallas en su territorio, y por eso sus universidades y laboratorios permanecieron intactos; la investigación continuó y se hizo un esfuerzo enorme, con apoyo ilimitado con relación a la física nuclear. Asimismo, Estados Unidos contó con la colaboración de excelentes físicos europeos que arribaron al país.

Sin embargo, Europa tenía dos triunfos de gran valía: su elevado nivel científico y su historia. Una vez finalizada la guerra, la investigación se reanudó gradualmente, con los pocos recursos disponibles. Uno de los campos de la física al cual algunos laboratorios se dedicaron fue el de los rayos cósmicos; en algunos casos construyendo equipos de reducido porte para la realización de experimentos en los que la imaginación era más importante que el material; en otros, reaprovechando y completando los equipos construidos para experimentos antes de la guerra, interrumpidos durante cinco años.

Los rayos cósmicos se relacionan con las investigaciones llevadas a cabo en el CERN con los aceleradores de partículas. Veamos inicialmente qué son los rayos cósmicos y algo sobre los aceleradores.

2 – Rayos cósmicos

La física de partículas elementales que se hace en el CERN se inició con estudios de partículas en rayos cósmicos.

Existen fenómenos atómicos en todos los astros, y en medio a estos fenómenos se producen las partículas atómicas, como los protones, neutrones, electrones y fotones que recorren el Universo en todas las direcciones; muchas de ellas llegan hasta la Tierra. A estas partículas atómicas que llegan a la Tierra desde el Universo se les denomina rayos cósmicos, nombre asignado antes de saber qué eran. Cuando llegan a la atmósfera, entran en colisión con las moléculas de aire y producen más partículas atómicas, que tiene una energía menor que las partículas iniciales. Las partículas emitidas por los astros producen así cascadas o lluvias de partículas en la atmósfera. Por lo tanto, los rayos cósmicos constituyen una fuente de partículas atómicas. En experimentos destinados a detectar rayos cósmicos se descubrieron varias partículas y se midieron sus propiedades características.

Dos años después de concluida la guerra se hicieron en Inglaterra dos descubrimientos fundamentales en rayos cósmicos, en 1947, con dos meses de intervalo. En la Universidad de Bristol, Cecil Powell había desarrollado y puesto en práctica la técnica de emulsiones nucleares espesas, de milímetros y centímetros de espesor, para detectar partículas, al cabo de varios años de trabajo en colaboración con la fábrica de películas Ilford (que había iniciado su trabajo antes de la guerra). Por esta técnica de gran importancia, Powell se hizo acreedor al Premio Nobel. Utilizando estas emulsiones, Cecil Powell, Cesar Lattes y Giuseppe Occhialini descubrieron una nueva partícula atómica, a la que le pusieron el nombre de mesón pi (letra griega π). En la Universidad de Manchester, Clifford Butler y George Rochester trabajaban empleando la técnica de cámara de Wilson, en la cual la trayectoria de la partícula deja un rastro que puede fotografiarse. Con esta técnica descubrieron un nuevo tipo de partículas, al las que llamaron partículas V, actualmente llamadas partículas extrañas. Ambos descubrimientos causaron sensación y una revolución en la física. El descubrimiento del mesón pi no causó sorpresa, porque teóricamente se esperaba que un tipo de partículas con sus propiedades pudiera existir, para explicar las fuerzas existentes entre los protones y los neutrones dentro del núcleo atómico. Pero el descubrimiento de las partículas extrañas fue una gran sorpresa: nadie las esperaba, no había ninguna evidencia, ni experimental ni teórica, de que tales partículas pudieran existir. El gran físico inglés Patrick Blackett, director del Departamento de Física de la Universidad de Manchester, decía: “¿Qué están haciendo en la naturaleza estas partículas? La naturaleza nos envía mensajes que nosotros todavía no comprendemos”.

El descubrimiento de esas partículas, especialmente las partículas extrañas, suscitó una gran curiosidad. Se formaron grupos de rayos cósmicos en varios países europeos y en Estados Unidos para estudiar estas nuevas partículas. Había en esos grupos una expectativa inusual depositada en la ciencia. Realizábamos experimentos con la convicción de que nuevos dominios de la naturaleza estaban abriéndose para nosotros, que la probabilidad de encontrar algo nuevo era grande, pero no teníamos ni la más mínima idea de qué podríamos encontrar.

Cabe señalar que un grupo de físicos de la Universidad de São Paulo (USP) desempeñó un papel importante en esta evolución. Cuando se fundó la USP, en 1934, asumió la dirección del Departamento de Física de la recién creada Facultad de Filosofía, Ciencias y Letras el profesor italiano Gleb Wataghin, un excelente físico teórico y experimental. Wataghin nos enseñó a los brasileños la física moderna del siglo XX y cómo hacer investigación en esa rama de la física. Organizó un grupo para investigaciones en rayos cósmicos que en pocos años adquirió reputación internacional. Gleb Wataghin junto a dos jóvenes, Paulus Aulus Pompéia y Marcello Damy de Souza Santos, descubrieron en São Paulo en 1940 un nuevo fenómeno físico: una partícula que colisiona contra otra pode producir en dicha colisión otras partículas, que penetran varios centímetros en las materia, por ejemplo en el hierro o en el plomo. Este proceso nunca se había observado. Denominaron a las partículas así producidas lluvias penetrantes; actualmente se las denomina lluvias hadrónicas. En los aceleradores como los del CERN, estas lluvias se producen millones de veces por segundo.

El experimento de São Paulo se llevó a cabo empleando contadores Geiger-Muller, que son los más simples detectores de partículas que existen. Vale recordar que en 1940, Europa estaba en guerra. Cuando la guerra terminó, Patrick Blackett les propuso a George Rochester y Clifford Butler repetir en la Universidad de Manchester la experiencia de São Paulo con una técnica diferente: la cámara de Wilson. Así, Rochester y Butler descubrieron las partículas extrañas. El grupo de São Paulo contribuyó por lo tanto a dicho descubrimiento. El profesor Wataghin me dijo una vez que pretendía realizar el experimento con cámara de Wilson, pero no reunió las condiciones como para hacerlo.

Durante la guerra los norteamericanos construyeron aceleradores de protones llamados ciclotrones, importantes para la física nuclear; algunos de éstos construidos en laboratorios nacionales que habían trabajado para las investigaciones de guerra. Tras el descubrimiento de estas partículas, los norteamericanos, con sus laboratorios intactos y con el hábito de financiar proyectos importantes adquirido durante la guerra, comenzaron a construir aceleradores destinados al estudio del mesón pi y de las partículas extrañas, ya que con los aceleradores podemos estudiarlos mucho mejor que con los rayos cósmicos. En Europa había sólo dos ciclotrones pequeños, incapaces de producir las nuevas partículas: uno en París, en el Collège de France, construido por Frederic Joliot antes de la guerra, y otro en la Universidad de Liverpool, Inglaterra, construido por el grupo de James Chadwik. La consecuencia de ello fue que el estudio de esas partículas podía hacerse solamente en Estados Unidos: era una ciencia estadounidense.

3 – Los aceleradores de partículas

Un acelerador, tal como su nombre lo indica, es una máquina que acelera partículas, es decir, aumenta su velocidad. Solamente partículas que tienen carga eléctrica pueden acelerarse; el protón y el electrón pueden acelerarse porque tienen cargas eléctricas; el neutrón no puede acelerarse porque no tiene carga eléctrica. Esto sucede porque la partícula es acelerada por un campo eléctrico, que a su vez ejerce una fuerza sobre la carga eléctrica y “empuja” a la partícula. Cuando una partícula es acelerada, su energía aumenta, tal como ocurre con cualquier cuerpo acelerado.

A las unidades de energía utilizadas se las denomina millón de electrones-voltios, indicada por la sigla MeV, y giga electrón-voltios, indicada por la sigla GeV. Una MeV es igual a la energía que adquiere una partícula cuando pasa entre dos puntos que tienen una diferencia de potencial de un millón de voltios. El GeV es mil veces mayor: es igual a la energía que la partícula adquiere cuando pasa entre dos puntos que tienen diferencia de potencial de 1 mil millones de voltios.

Estas energías son grandes para las partículas, pues ellas adquieren grandes velocidades, muy cercanas a la velocidad de la luz en el vacío, que es la mayor velocidad que existe en la naturaleza. Con 1 GeV, en un segundo puede recorrerse siete veces el ecuador terrestre. Pero son energías muy pequeñas en comparación con las energías que utilizamos todos los días. Por ejemplo, un grano de arena de volumen igual a 2 milímetros cúbicos, con una velocidad de apenas 1 centímetro por segundo, tiene una energía igual a 1 GeV.

En el acelerador, la partícula pasa por una región donde hay un campo eléctrico. No es posible obtener tensiones tan altas, como millones y miles de millones de voltios, para producir ese campo eléctrico. Usamos entonces un ardid. Hacemos que la partícula recorra una trayectoria circular, y en esa trayectoria se disponen campos eléctricos en varias regiones; cada vez que la partícula pasa por esos campos se acelera, y al pasar muchas veces es muy acelerada. Por ejemplo: la partícula puede pasar por 10 mil voltios cada vez que recorre la circunferencia; recorriéndola 1 millón de veces habrá pasado por 1 millón x 10 mil voltios, o 10 mil millones de voltios, es decir, 10 GeV. Por eso muchos aceleradores son circulares.

Todos los aceleradores de partículas tienen fuentes de diferencia de potencial. Los aceleradores circulares tienen electroimanes que curvan la trayectoria de las partículas y las hacen describir circunferencias. Los electroimanes no aceleran, no le dan energía a las partículas, solamente hacen que las partículas describan circunferencias. A las partículas se las ubica dentro de un tubo metálico en el cual se hace alto vacío, superior al vacío interestelar del Universo.

La segunda fotografía de la página 6 muestra parte del acelerador de protones de 400 GeV instalado en un túnel subterráneo, como todos los aceleradores del CERN. Aparecen algunos electroimanes y el tubo metálico con alto vacío, en el interior del cual circulan los protones. La extensión del acelerador es de 6 kilómetros.

Las ventajas de estudiar partículas con aceleradores, en relación con los rayos cósmicos son inmensas:

a) con un acelerador de protones, por ejemplo, sabemos que los protones, de energía conocida, entrarán en colisión, cuando se producirán las partículas que queremos estudiar; con los rayos cósmicos, no conocemos la naturaleza de la partícula que colisionó ni su energía;

b) el flujo de rayos cósmicos es pequeño; en las experiencias destinadas estudiar partículas extrañas en rayos cósmicos se detectaba una colisión de cinco en cinco minutos aproximadamente, y una partícula por día o cada dos días; con los aceleradores, se producen millones de colisiones por segundo y decenas de las partículas extrañas por segundo. Con el acelerador que el CERN está construyendo −el LHC−, habrá 1 mil millones de colisiones por segundo.

La tercera fotografía de la página 6 muestra un detector de partículas. Este complejo aparato se construyó mediante una colaboración de grupos de más de 20 países, y cada grupo hizo una parte del detector en su país. Se transportaron las partes y el conjunto se armó en el CERN. Vemos que los detectores actuales son proyectos industriales. El detector que se ve en esas fotografías es de penúltima generación; los que están construyéndose para el LHC son mucho mayores.

La cuarta fotografía de la página 6 muestra las trayectorias de partículas con carga eléctrica en un detector dispuesto dentro de un electroimán. El campo magnético hace que las trayectorias sean circulares.

4 – La idea de Louis de Broglie y la fundación del CERN

Como es sabido, las consecuencias de la guerra en Europa fueron dramáticas. En algunos países, incluso en aquéllos con mejor situación económica, como en los casos de Gran Bretaña y Francia, había también racionamiento de ciertos alimentos y del carbón destinado a la calefacción de las residencias aún diez años después de terminada la guerra. El dinero para ciencia era limitado; ningún país estaba en condiciones de construir un laboratorio de investigación de gran porte.

En 1949, en una conferencia cultural europea realizada en Lausanne, Suiza, el físico francés Louis de Broglie planteó que, para reanudar las grandes actividades de investigación, Europa debía crear laboratorios europeos de ciencias. De Broglie tenía un inmenso prestigio, había recibido el Premio Nobel por su trabajo de tesis doctoral, que sentó las bases de la mecánica cuántica, la más importante rama de la física moderna, que revolucionó la física. Al año siguiente, en 1950, el físico de origen alemán naturalizado estadounidense Isidore Rabi, que también recibiera el Premio Nobel, retomó en el marco de la 5ª Conferencia General de la UNESCO (la Organización das Naciones Unidas para la Educación, la Ciencia y la Cultura), realizada en Florencia, Italia, la idea de De Broglie y propuso una resolución, adoptada unánimemente, que autorizaba a la Unesco “a auxiliar e impulsar la formación y organización de centros regionales y laboratorios, con el fin de aumentar y hacer más útil la colaboración internacional de científicos”. Pero había una gran diferencia entre ambos hombres, y entre sus intenciones. De Broglie era un purista, quería restaurar el nivel y mantener la tradición de la ciencia europea. Rabi, pese a ser docente de la Universidad de Columbia, Nueva York, era consejero del Departamento de Estado (el Ministerio de Relaciones Exteriores) de Estados Unidos, y era una especie de inspector de la física internacional al servicio del gobierno norteamericano. Su idea era que Europa, con su tradición científica, podría tener centros regionales de varias ciencias, no solamente de física, y obtener resultados en investigación básica que podrían serle útiles a Estados Unidos, que podría así concentrar al 25% de sus investigadores en trabajos para la guerra.

Estas propuestas eran generales para las ciencias. Pero, para que se crease un laboratorio europeo específico para la física de partículas, es decir, para que el CERN existiera, las figuras más importantes fueron el físico italiano Edoardo Amaldi, principalmente, y el físico francés Pierre Auger. Amaldi, que tenía una inusual visión global de la ciencia y de su impacto sobre la sociedad, fue el hombre que sugirió la filosofía de comportamiento del CERN, seguida desde el origen: un laboratorio abierto a todos los países, con trabajos científicos ampliamente difundidos, sin ninguna actividad secreta y ninguna influencia militar. En otras palabras, un laboratorio de paz. Puso el Departamento de Física de la Universidad de Roma a disposición para darles apoyo a los grupos de discusión.

La idea de hacer un laboratorio internacional desde un principio contó con el apoyo de eminentes físicos europeos, entre ellos Enrico Fermi, gran amigo de Amaldi, que trabajaba en la Universidad de Chicago, Niels Bohr, de Dinamarca, Patrick Blackett, de Inglaterra, Werner Heisenberg, de Alemania, H. Casimir, de Holanda y Louis Leprince-Ringuet, de Francia.

5 – Etapas importantes en la fundación del CERN

Los físicos interesados en la idea de un laboratorio europeo solicitaron el apoyo de los respectivos gobiernos, porque un emprendimiento científico de importancia, ya sea internacional o nacional, solamente puede hacerse cuando hay voluntad política.

En 1952, en otra Conferencia General de la Unesco, 11 gobiernos europeos coincidieron en crear provisoriamente un Consejo Europeo de Investigaciones Nucleares (Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire, de donde surge la sigla CERN), destinado a organizar reuniones y discusiones. En una reunión ulterior de ese consejo, realizada en Ámsterdam, Holanda, se designó al cantón de Ginebra, Suiza, como el lugar de instalación del CERN. Un cantón en Suiza es el equivalente a un estado en Brasil. Se eligió Ginebra pues contaba ya con una vasta experiencia en acoger a organizaciones internacionales, y disponía de la estructura jurídica necesaria para el funcionamiento de este tipo de instituciones.

Tras la ratificación inicial de un convenio por parte de los Estados miembros, se creó la Organización Europea de Investigaciones Nucleares el 29 de septiembre de 1954, integrada por 12 países. El consejo provisorio se disolvió y se creó un nuevo consejo, acorde con los estatutos.

Los 12 países fundadores del CERN fueron: Alemania, Bélgica, Dinamarca, Francia, Gran Bretaña, Grecia, Holanda, Italia, Yugoslavia, Noruega, Suecia y Suiza. Yugoslavia se retiró en 1961.

En febrero de 1955 se realizó la primera reunión del nuevo consejo del CERN en un edificio público de Ginebra. Se designó como director general al físico suizo Felix Bloch, Premio Nobel de Física. Bloch presidió la ceremonia de colocación de la piedra fundamental en un predio cercano a la ciudad de Meyrin, que cediera el cantón de Ginebra en junio de 1955. Bloch, un físico teórico, no quiso continuar al frente del laboratorio, que entraba así en un período de construcción de aceleradores y desarrollo tecnológico, y solicitó su reemplazo. Cornels Jan Bakker, director del Zeeman Laboratory de Ámsterdam, ocupó el cargo en septiembre de 1955.

Precisamente, durante ese comienzo de las actividades, ingresé yo al CERN, en agosto de 1955. El CERN no contaba aún con un edificio; trabajábamos en cabañas de madera emplazadas en el aeropuerto de Ginebra.

Otros países adhirieron a los 12 iniciales. Austria ingresó en 1959, España en 1961; se retiró en 1969 y se reintegró en 1983. Portugal ingresó en 1985, Finlandia y Polonia en 1991, Hungría en 1992, la República Checa y la República Eslovaca en 1993, Bulgaria en 1999. El CERN tiene actualmente 20 Estados miembros.

En 1965 hubo un acuerdo entre Suiza y Francia para que el CERN se extendiera a territorio francés. Los aceleradores construidos desde entonces pasan por ambos países.

6 – La estructura del CERN

La autoridad máxima del CERN es el consejo, responsable de todas las decisiones importantes; controla las actividades científicas, tecnológicas y administrativas. El consejo tiene dos comités: el Comité de Política Científica, cuyos miembros son designados acorde con su compacidad científica, y decide sobre los grandes proyectos; y el Comité de Finanzas, ambos con representantes de todos los Estados miembros. El consejo se reúne oficialmente dos veces por año, pero los consejeros pueden también reunirse todos juntos o en pequeños grupos para discutir temas urgentes. Los países eligen a sus representantes en el consejo. El consejo designa al director general, que no es miembro del consejo.

Hay un directorio, compuesto por el director general, el vicedirector general y el director de Finanzas. Y una secretaría general, una administración de proyectos y siete departamentos.

Un punto sumamente importante en el funcionamiento del CERN desde sus orígenes es la apertura a la transferencia de tecnología. El CERN no solicita patentes de las innovaciones que produce, que pueden ser utilizadas por cualquier país. Al margen de esta facilidad, hay una secretaría de Educación y Transferencia de Tecnología y un Departamento de Información Tecnológica, abiertos a todos los países, no solamente a los Estados miembros. Brasil, por ejemplo, puede aprovechar la transferencia de tecnología ofertada por el CERN.

Vemos así el interés del CERN en la enseñanza y la transferencia de tecnología a cualquier país. Éste es un punto sumamente importante, que deberían conocer en Brasil las autoridades responsables del fomento a la investigación y de la comunidad de físicos.

7 – Financiamiento

Los fondos anuales del CERN son de 630 millones de euros. La contribución de cada país es proporcional a su Producto Interno Bruto (PIB). Alemania es el país con mayor PIB de Europa y realiza la mayor contribución, seguida por Francia, Gran Bretaña e Italia. Estos cuatro países financian alrededor del 75%, y los otros 16 países, el 25%.

La cooperación internacional comienza a partir del momento en que un país adhiere al CERN. Un nuevo miembro es siempre un país que no tiene laboratorios bien equipados para hacer física de partículas. Una vez decidida (de común acuerdo entre el consejo y las autoridades del país) cuál será su contribución anual, el primer año el país le paga al CERN solamente un 10% de su cuota, y emplea el 90% para mejorar la infraestructura de sus laboratorios. Al segundo año, paga un 20% de su cuota al CERN y usa el 80% para erigir infraestructura en el país, y así sucesivamente, de manera tal que recién al cabo de diez años pasa a pagarle al CERN íntegramente su cuota. Debido a este sistema de financiamiento, Portugal, por ejemplo, tiene laboratorios bien instalados para hacer física de partículas en dos universidades: la de Lisboa y la de Coimbra. Asimismo, durante los años iniciales la industria portuguesa ganaba con los contratos con el CERN más que lo que Portugal pagaba.

La colaboración internacional existe también en el financiamiento de los experimentos. Existe una idea errónea al respecto del financiamiento, que debe corregirse. Muchos piensan que los países que no son miembros del CERN deben contribuir con el fondo anual de 630 millones de euros para que sus físicos tomen parte en los experimentos. Esto no es cierto. Solamente los 20 países miembros contribuyen para con ese fondo. Los países que no son miembros deben contribuir solamente al financiamiento del experimento que sus físicos desean hacer. La colaboración internacional se plasma con grupos de muchos países, y cada grupo responsabiliza por una parte del equipo.

Si un grupo de físicos de Brasil, por ejemplo, desea participar en un experimento, deberá contribuir dentro de sus posibilidades para el detector de partículas. El gasto anual de este grupo, con artefactos hechos en Brasil para los experimentos realizados en el CERN, será de la misma magnitud que los gastos anuales de los grupos brasileños que se dedican a otras ramas de la física.

8 – Las primeras grandes decisiones científicas

Las primeras grandes decisiones científicas determinaron qué aceleradores de protones se construirían. Uno de 600 MeV y otro mayor, de aproximadamente 12 GeV.

El acelerador mayor tiene una historia interesante. Su construcción se le confió a un noruego de excepcional inteligencia: Odd Dahl, al mismo tiempo un excelente físico e ingeniero, autodidacta, sin ningún diploma universitario. Era aviador civil. Estados Unidos tiene en el estado de Nueva York, en Long Island, un laboratorio importante: el Brookhaven National Laboratory (BLN), dedicado a diversos aspectos de la física nuclear. El BNL había construido un acelerador de protones de 3 GeV, que empezó a funcionar a la época en que se fundó el CERN. La idea del CERN era construir un acelerador de aproximadamente 12 GeV. Odd Dahl y sus colaboradores pensaron que, en lugar de comenzar con los planos para ese acelerador de cero, sería más interesante solicitarle al BNL los planos del acelerador de 3 GeV y modificarlos para el 12 GeV. Los pares norteamericanos estuvieron de acuerdo.

Cuando los planos para el acelerador de 12 GeV estuvieron listos, Dahl y sus colaboradores los levaron al BNL para que los colegas norteamericanos pudieran efectuar sus comentarios. Cuando llegaron al BNL, supieron que un artículo teórico de Courant, Livingstone y Snyder había sido presentado para su publicación en Physical Review, en el cual planteaban un nuevo tipo de acelerador de protones, que podría tener una energía dos o tres veces superior a la del acelerador clásico y por más o menos el mismo precio. Era evidente que, si ese trabajo estuviera en lo cierto, tendría una enorme importancia para los futuros aceleradores. Dahl discutió con los autores del artículo y se convenció de que sus ideas y sus cálculos estaban en lo cierto. De regreso a Ginebra, le propuso al consejo del CERN que construyera el acelerador grande, con base en el nuevo esquema planteado por los tres teóricos. Podemos ver en esa decisión la seguridad de ese hombre. Y le aceptaron la propuesta. Los planes basados en el acelerador del BNL fueron dejados de lado, y se inició entonces un proyecto enteramente nuevo, de cero. Un cambio radical, porque el acelerador basado en los nuevos principios debía de calcularse en todos los detalles, lo que requería una reestructuración de los equipos y la contratación de expertos en varias áreas nuevas. El acelerador se construyó acorde con el nuevo modelo, con 28 GeV, circular y de 630 metros de longitud. Su construcción culminó exitosamente en noviembre de 1959, siguiendo los planos; y la primera vez que se conectó el acelerador se produjo el haz de de protones.

El CERN empezó entonces con un éxito, con mucho coraje y determinación para emplear las nuevas tecnologías, cultivadas luego durante toda su historia. A partir de ese primer acelerador, todos los aceleradores de protones de altas energías, en el CERN y en otros laboratorios, se construyeron de acuerdo con ese proceso. Los éxitos tecnológicos del CERN con los aceleradores se extienden hasta hoy.

9 – La selección del personal

El internacionalismo del CERN no existe solamente en su estructura: es la característica permanente de su vida. Allí trabaja gente de muchos países, ya sea en la planta permanente de científicos, técnicos o administrativos, como en grupos que hacen experimentos y permanecen solamente durante algún tiempo.

Para dirigir la construcción de los dos primeros aceleradores se contrató personal experimentado en grandes proyectos industriales: alemanes que trabajaban en las industrias Siemens; franceses que habían trabajado en la construcción del acelerador de protones de Saclay o en la construcción de laboratorios de energía atómica; holandeses que trabajaban en Philips; ingleses que habían desarrollado el radar, inventado por ellos mismos durante la guerra, y otros que habían sido de la partida en la construcción del laboratorio de energía atómica de Harwell. Como asesores, había italianos de la industria pesada Ansaldo y suizos de la industria Brown Boveri. Para dirigir la administración se lo invitó a un francés que había trabajado en la reorganización de servicios públicos de Francia con el general De Gaulle.

Cuando el laboratorio tiene necesidad de contratar a alguien, ya sea ingeniero, técnico o administrativo, la plaza es anunciada en todos los países miembros, y cualquier persona tiene derecho a postularse. A los interesados se los invita a una entrevista en Ginebra y la elección se efectúa independientemente de la nacionalidad. Trabajan en el CERN personas de todos los países miembros: es una especie de sociedad de naciones.

El CERN tiene tres lenguas oficiales: el francés, el inglés y el alemán, en las cuales se redactan los documentos oficiales. Pero en él se escucha hablar en decenas de idiomas.

Para que los trabajos tengan continuidad, los ingenieros, técnicos y personal administrativo tienen contratos permanentes. Los físicos de los diversos países preparan los equipamientos para realizar los experimentos en sus laboratorios, y después lo llevan a Ginebra. Hacen el experimento en el CERN, pero son radicados en sus laboratorios de origen. Con todo, para que el sistema funcione, es indispensable que haya un número mínimo de físicos con contrato permanente en el CERN.

10 – Los objetivos científicos del CERN –  el estudio de las leyes fundamentales que obedecen las partículas

Es necesario que el CERN se dedique a temas muy importantes para que reciba tanto apoyo. Su objetivo es el estudio de las partículas que constituyen la materia y las leyes que gobiernan las fuerzas existentes entre esas partículas, no solamente en la Tierra, sino en todo el Universo. Para comprender que significa esto, debemos saber qué son las partículas elementales y cómo las estudiamos.

Sabemos desde hace mucho tiempo que los cuerpos son formados por moléculas, que las moléculas son formadas por átomos, que los átomos son formados por protones, neutrones y electrones; que los protones, con carga eléctrica positiva, y los neutrones, que no tienen carga eléctrica, ocupan una región del átomo llamada núcleo; que los electrones, que tienen una carga eléctrica negativa igual que de los protones, giran en torno del núcleo; y como el número de protones es igual al número de electrones, sus cargas eléctricas se neutralizan.

Hasta 1947 se conocían solamente siete partículas: el protón, el neutrón, el electrón, el electrón positivo, llamado positrón, el muón positivo y el negativo y el fotón. La gran revolución de las partículas extrañas consistió en demostrar que había otras partículas en la naturaleza además de éstas, pero no teníamos ni la más remota idea de cuántas fueran. Actualmente sabemos de la existencia de 327 partículas, y existen evidencias de más de una centena, cuya existencia no ha sido definitivamente comprobada. Estas partículas no existen en la materia estable; son producidas en colisiones de partículas. A medida que nuevas partículas se descubren, los físicos observan que estas podrían agruparse en familias, en las cuales todos los miembros tienen propiedades idénticas. Veremos que llegamos a una simplificación, a principios generales que, al mismo tiempo, nos permiten comprender las relaciones entre las partículas y nos dan poder de prever nuevos fenómenos, revelando así una armonía en la naturaleza.

Producción de partículas – Cuando dos partículas entran en colisión puede haber una producción de nuevas partículas, es decir, la creación de partículas que no existían antes de la colisión. Por ejemplo: un protón, colisionando con otro protón puede dar un protón, un neutrón y un mesón pi positivo, lo que indicaremos así:

protón + protón →protón + neutrón + mesón pi positivo (1)

El mesón pi positivo fue creado, no existía antes de la colisión. Puede haber reacciones más complejas que ésa, con la producción de muchas partículas diferentes, incluso, decenas de partículas.

Pero, ¿cuál sería el interés de estudiar estas colisiones? Estudiando estas reacciones aprendemos sobre las propiedades de las interacciones entre partículas y las propiedades de las partículas que interactúan.

La desintegración de partículas – La mayoría de las partículas producidas vive poco tiempo y se desintegra para formar otras partículas. Por ejemplo, el mesón pi vive aproximadamente tres centésimas de millonésimas de segundo, y se desintegra en dos partículas llamadas muón y neutrino:

mesón pi → muón + neutrino    (2)

El estudio de la desintegración de una partícula es fundamental para conocer sus propiedades.

En resumen, hacemos dos tipos de experimento: producción de partículas y desintegración de partículas.

11 – Los cuatro tipos de interacción

Existen cuatro tipos de fuerza, de interacción entre las partículas: fuerte, débil, electromagnética y gravitacional.

La fuerza fuerte, o interacción fuerte – La fuerza que se ejerce entre el protón y el neutrón dentro del núcleo atómico es la fuerza más fuerte que existe entre las partículas, y se la denomina fuerza fuerte. A la interacción entre las partículas sujetas a esta fuerza la denominamos interacción fuerte. La interacción fuerte entre el protón y el neutrón en el núcleo atómico que mantiene estable a la materia.

La interacción fuerte existe entre muchas partículas, no solamente entre los protones y neutrones, como veremos en los puntos 12 y 13.

La interacción fuerte dura un tiempo muy corto, del orden los 10-24 segundo.

La fuerza débil, o interacción débil, es igual a una millonésima de milmillonésima de la fuerza fuerte, es decir, de la fuerza existente entre el protón y el neutrón en el interior del núcleo. Dos partículas tienen probabilidad muy pequeña de entrar en colisión debido a la interacción débil. Por ejemplo, un protón o un neutrón penetrando en un bloque de hierro tienen interacción fuerte con protones o neutrones de hierro en menos de 15 centímetros. La partícula llamada neutrino tiene una masa casi nula, no tiene carga eléctrica y tienen solamente interacción débil; la probabilidad de interacción débil es tan pequeña que puede recorrer la Tierra entera, de un lado a otro, sin entrar en colisión alguna.

La fuerza electromagnética, o interacción electromagnética, es aquella debida a la carga eléctrica. Solamente las partículas que tienen carga eléctrica tienen este tipo de interacción.

La fuerza gravitacional es la fuerza que existe entre todos los cuerpos, debido a la atracción universal. Esta fuerza es proporcional a la masa de los cuerpos. Es la misma fuerza que existe entre la Tierra y la Luna, por ejemplo, pero en el caso de partículas es extremadamente pequeña, porque las masas de las partículas son extremadamente pequeñas.

Para que tengamos una idea acerca de los valores relativos de esas fuerzas, se representamos como 1 el valor de la fuerza fuerte, los valores de las otras fuerzas serán: la electromagnética, 10-2 ; la débil, 10-24 y la gravitacional, 10–38. Vemos así que la fuerza gravitacional es mucho menor que las otras; por eso la despreciamos como fuerza que actúa entre las partículas.

12 – Tipos de partículas

Clasificamos a las partículas de acuerdo con los tipos de interacción que ellas pueden tener. Existen dos grandes grupos de partículas: hadrones y leptones.

Denominamos hadrones a las partículas que tienen los cuatro tipos de interacción. Llamamos leptones a las partículas que no tienen interacción fuerte, tienen interacción débil y electromagnética.

A cada partícula le corresponde otra con la misma masa y carga eléctrica de signo opuesto, a la que designamos como su antipartícula. Por ejemplo, el protón tiene carga eléctrica positiva; y existe el antiprotón, que tiene la misma masa que el protón, pero con carga eléctrica negativa. El mesón pi negativo es la antipartícula del mesón pi positivo. El átomo de hidrógeno tiene un protón en el núcleo y un electrón girando en torno al protón. El antihidrógeno tiene un antiprotón en el núcleo y un antielectrón, llamado positrón, girando en torno a él: es un átomo de antimateria.

Leptones – No tienen interacción fuerte. Existen seis leptones, tres con carga eléctrica negativa, el electrón, el muón y el tau; y tres sin carga eléctrica, llamados neutrinos: un neutrino electrón, que es siempre asociado al electrón, un neutrino muón y un neutrino tau, asociados al muón y al tau respectivamente:

electrón e–      múon µ–       tau τ–

neutrino-electrón Ve    neutrino-muón Vµ         neutrino-tau Vτ

Existen seis antileptones, tres con carga positiva, e+, µ+, τ+, y tres antineutrinos sin carga, antineutrino electrón, antineutrino muón y antineutrino tau.

Hadrones y quarks – Los hadrones, que son las únicas partículas que pueden tener interacción fuerte, están constituidos de partículas menores llamadas quarks. El protón y el neutrón, por ejemplo, se componen de quarks.

Existen seis quarks, llamados quark u (representado por la letra u), quark d (d), quark extrañeza (s), quark encanto o charme (c), quark belleza (b) y quark top (t). Los quarks se detectaron experimentalmente. Un grupo del Centro Brasileño de Investigaciones Físicas (CBPF, sigla en portugués), de Río de Janeiro, conducido por Alberto Santoro, brindó una contribución importante para el descubrimiento del top, el último quark descubierto. Sus cargas eléctricas son sorprendentes. Siempre pensamos que la menor carga eléctrica que existe en la naturaleza era la carga del protón o del electrón, que representamos con la letra e. Pero descubrimos que los quarks tienen cargas eléctricas menores, iguales a 1/3 ó 2/3 del valor de la carga del protón, es decir, e/3 ó 2e/3.

A cada quark corresponde un antiquark, de igual masa y carga eléctrica de sentido opuesto.

Cargas eléctricas de los quarks y los antiquarks

u      d         s          c          b         t

quark +2/3    –1/3    –1/3    +2/3    –1/3    +2/3

antiquark      –2/3    +1/3    +1/3    –2/3    +1/3    –2/3

Hay dos tipos de hadrones: bariones y mesones.

El barión es una partícula formada por tres quarks. Por ejemplo: el protón es un barión formado por dos quarks u y un quark d. La carga del protón es la suma de las cargas de los quarks, por lo tanto +2/3 + 2/3 –1/3 = + 1, eso decir, igual a la carga y del protón. El neutrón es formado por dos quarks d y un quark u, y su carga es –1/3 –1/3 +2/3 = 0.

El mesón es una partícula formada por un quark y un antiquark. Por ejemplo: el mesón pi positivo está formado por un quark u y un antiquark d; su carga es +2/3 +1/3 = +1, es decir, igual a la carga e del protón. El mesón pi negativo está formado por un quark d y un antiquark u; su carga es –1/3 –2/3 = –1, es decir, igual a la carga –e.

Con todas las combinaciones posibles de quarks y de antiquarks, podemos reconstituir centenas de bariones y de mesones. Estas combinaciones, que parecen un juego de rompecabezas de niños, son no obstante verdaderas; las partículas con estas combinaciones de quarks y de antiquarks existen realmente en la naturaleza, y las detectamos experimentalmente.

La conclusión de que existen solamente seis quarks y seis antiquarks, seis leptones y seis antileptones, introduce una grande y elegante simplificación. Hay centenas de reacciones y centenas de partículas, pero podemos tener la seguridad de que solamente estos componentes pueden participar, no cabe otra posibilidad.

Las interacciones entre partículas ocurren por medio de interacciones entre los quarks de las partículas. Por ejemplo, cuando un protón tiene una interacción fuerte con otro protón, los quarks de uno interactúan con los quarks del otro.

13 – Las partículas intermedias en las interacciones

Las interacciones entre ambas partículas se dan mediante el intercambio de una tercera partícula entre ambas, a la que llamamos partícula intermedia en la interacción. Las partículas intermedias son diferentes para las diferentes interacciones.

Interacciones electromagnéticas – La fuerza entre dos cargas eléctricas es ejercida a través de una partícula llamada fotón. Una carga eléctrica emite un fotón, que es captado por la otra. Podemos hacer una analogía entre la  interacción entre partículas intermedias y dos personas que juegan al tenis. Una persona saca y la otra recibe la pelota; tal ida y vuelta de la pelota mantiene el interés en el juego, como el intercambio de fotones mantiene la acción entre dos cargas eléctricas.

Interacciones fuertes – La interacción fuerte entre dos partículas sucede entre los quarks de las dos partículas. La fuerza fuerte entre los quarks se ejerce través del intercambio de una partícula llamada gluón. La palabra gluón viene de la palabra inglesa glue, que significa pegamento. Los gluones mantienen a los quarks asociados para formar hadrones. Cuando dos protones interactúan, los quarks de uno intercambian gluones con los quarks del outro. Los gluones fueron detectados experimentalmente.

Interacciones débiles – Las interacciones débiles se dan con el intercambio de tres partículas, llamadas W+, con carga positiva, W–, con carga negativa, y Z, sin carga. Las tres partículas se detectaron experimentalmente en el CERN.

Interacciones gravitacionales – Por analogía con las otras interacciones, imaginamos que las interacciones gravitacionales también se ejercen a mediante el intercambio de una partícula llamada gravitón. Contrariamente a las otras partículas intermedias, que se detectaron experimentalmente, el gravitón nunca se detectó.

14 – La física de partículas elementares, la astronomía y el resumen de los fenómenos físicos del Universo

Las interacciones entre partículas que se producen acá en la Tierra también suceden en todo el Universo, en los astros y fuera de los astros. El conocimiento actual de los tipos de partículas, tipos de interacción y partículas intermedias en las interacciones se aplica a todo el Universo. Llegamos así a una síntesis de los fenómenos físicos del Universo, resumidos en el siguiente cuadro:

1          –           Partículas     –          leptones       –           6 leptones y 6 antileptones

hadrones     –           6 quarks y 6 antiquarks

dos clases de hadrones:            barión           –           3 quarks

mesón           –           1 quark y 1

antiquark

2          –           Interacciones – fuerte, débil, electromagnética, gravitacional

3          –           Partículas intermedias en las interacciones

interacción  partícula intemedia

fuerte gluón

débil   W+ W– Z

electromagnética   fotón

gravitacional           gravitón

La física de partículas ha pasado a tener una enorme influencia en astronomía en los últimos 20 años. El estudio del Universo, que se realizaba únicamente con la detección de ondas electromagnéticas mediante el empleo de telescopios, en los últimos años pasó a hacerse también con detección de partículas emitidas por los astros. Como hemos visto, estas partículas son los rayos cósmicos. El estudio de los rayos cósmicos, que había perdido interés para el estudio de las partículas tras la construcción de los aceleradores, recobró su importancia, con su aplicación en astronomía. Al comienzo estudiábamos rayos cósmicos para estudiar partículas; ahora detectamos partículas de rayos cósmicos para estudiar astronomía. Pasamos a utilizar en astronomía los mismos tipos de detectores de partículas utilizados en las experiencias realizadas en el CERN. Se creó así un nuevo tipo de astronomía, llamado astropartículas.

El Universo es dinámico. Por las partículas que se crean en colisiones y a las desintegraciones de partículas, cada segundo en el Universo es diferente.

Todo esto, evidentemente, está plagado de un formalismo matemático que extrapola los objetivos de este artículo.

Partiendo de un gran número de partículas, de centenas de partículas, y de muchos billones y billones de fenómenos que suceden en el Universo por segundo, arribamos a una síntesis sumamente elegante, que con el formalismo matemático tiene gran poder de previsión. Podemos prever procesos que nunca antes observados y que después se confirman  experimentalmente.

Este hermoso progreso comenzó a la época en que se fundó el CERN.

¿Podemos por eso concluir que ya hemos comprendido todo? Lejos estamos de ello. La ciencia no se detiene. Cada vez que se resuelve un problema, la solución de ese problema crea otros problemas, y ése es el desafío eterno de la ciencia. Muchos problemas de las física de partículas están estudiándose experimentalmente y teóricamente en varios lugares. Para los trabajos con el próximo acelerador LHC se están preparando cuatro grandes experimentos, y cada uno de ellos contará con la participación de más de mil físicos, ingenieros y técnicos de decenas de países.

Veamos dos ejemplos de problemas aún no resueltos, y que constituyen grandes retos:

1) No sabemos si los cuatro tipos de interacción pueden plantearse como cuatro casos de una sola teoría, que llevaría a la unificación de los cuatro; muchos físicos matemáticos están trabajando en este problema;

2) Detectamos en las colisiones la creación de partículas que tienen masas y cargas eléctricas. No obstante, desconocemos el mecanismo que produce la masa, y cómo se crea una carga eléctrica. Los cuatro grandes experimentos que se harán en el LHC procurarán detectar el proceso responsable del origen de las masas.

15 – Resumen de logros del CERN

El CERN tiene un historial de éxito en las más variadas actividades.

Física – Tres experimentos fundamentales, que sentaron las bases de los conocimientos sobre las interacciones débiles se realizaron en el CERN. En el primero, en 1957, en el acelerador de 600 MeV, el italiano Giuseppe Fidecaro y el inglés Alex Merrison descubrieron que el mesón pi se desintegra también en electrón y neutrino, no solamente en muón y neutrino (la reacción 2, supra). Este descubrimiento fue fundamental para el avance teórico. En el segundo, en 1973, una colaboración coordinada por tres franceses, André Lagarrigue, Paul Musset y André Rousset, descubrió un proceso fundamental denominado corriente neutra, con la cámara de burbujas Gargamelle. La opinión generalizada entre los físicos era que Lagarrigue sin duda recibiría el Premio Nobel, pero desgraciadamente falleció. En el tercero, en 1983, se descubrieron las partículas intermedias W+, W– y Z, con el trabajo del italiano Carlo Rubbia y del holandés Simon Van der Meer, que recibieron el Premio Nobel. Este experimento es uno de los más importantes de la historia de la física, pues contribuyó a sentar sus fundamentos. Con este descubrimiento fue posible mostrar que las teorías de las interacciones débiles y electromagnéticas pueden reunirse en una misma teoría, que interpreta dos tipos de fenómenos: la teoría electrodébil.

Al margen de estos trabajos, que permanecerán en la historia de la física, se publicaron miles de otros realizados en el CERN.

Uno de los detectores de partículas más importantes, utilizado en todas los experimentos, llamado cámara proporcional, fue inventado en el CERN por el francés George Charpak, que recibió el Premio Nobel por esa invención.

La informática y la invención de internet www – La física de partículas utiliza mucha programación, y requiere de la colaboración entre expertos en informática. En el CERN el inglés Tim Berners-Lee y el francés Robert Cailliau inventaron en 1990 internet, bajo la forma www (world wide web), que se propagó por todo el mundo y revolucionó el modo de comunicación. Internet invadió la sociedad, es indispensable en la industria, el comercio y la investigación; en periodismo y en los contactos interpersonales. Es una de las más importantes invenciones de los últimos tiempos.

El CERN desarrolló un nuevo método de programación llamado GRID, que permitirá que cualquier laboratorio tenga todos los datos de un experimento, desde el instante en que los protones entran en colisión en el acelerador. En el LHC, que entrará en funcionamiento en 2007, ¡habrá 1 mil millones de interacciones protón-protón por segundo! Los eventos deberán seleccionarse, las trayectorias de las partículas se reconstruirán y se identificarán el espacio y las partículas, y posteriormente comenzarán a funcionar los programas destinados a estudiar la física de los eventos. El GRID hará todas estas etapas del análisis del experimento. Un grupo de Brasil con ese programa estará en iguales condiciones de trabajar que un grupo del CERN con el acelerador. Por otra parte, los laboratorios que no tengan este programa no estarán en condiciones de trabajar en esos experimentos.

La filosofía del GRID se está extendiendo a otras ciencias y otras aplicaciones, tales como la medicina, la geología, la cristalografía, la meteorología, la enseñanza, etc., y hará posible colaboraciones internacionales y nacionales entre las instituciones.

Siguiendo en el campo de la informática, el CERN fue una de las primeras instituciones que llamó la atención sobre el peligro del Digital Divide. Ese nombre indica la división entre los países que tendrán informática de vanguardia y los que no la tendrán. Los primeros podrán desarrollar o tener acceso a programas indispensables para trabajar en los dominios más variados, como la enseñanza en todos los niveles y en todas las áreas: medicina, biología, meteorología y tecnología. Los países que no cuenten con esta informática, no podrán seguir el desarrollo de los otros. En otras palabras: la informática se ha convertido en un factor indispensable para el desarrollo, y no hará sino aumentar la brecha entre los países desarrollados y subdesarrollados. El CERN es activo en el esfuerzo destinado a disminuir el Digital Divide, y para ello ha organizado y estimulado la realización de reuniones internacionales, para abordar este importante problema; y colabora con el desarrollo de la informática en otros países.

Aceleradores – El CERN, con su complejo de aceleradores y las innovaciones que introdujo, es una referencia en todo el mundo. Construyó varios aceleradores de protones, de energías cada vez mayores: 600 MeV; 28 GeV; luego, dos anillos con protones de 28 GeV que hacían colisión frontal; un acelerador de 400 GeV; un acelerador de protones y de antiprotones de 400 GeV girando en sentidos contrarios que hacían colisión frontal; y está construyendo el LHC, anillos de colisión frontal de protones de 7.000 GeV cada uno, la mayor energía jamás obtenida en un acelerador. Al margen de estos aceleradores de protones, construyó un acelerador de electrones y de positrones de 100 GeV que hacían colisión frontal.

El CERN está proyectando pequeños aceleradores para su aplicación en medicina, y pondrá el proyecto a disposición de cualquier país.

Electroimanes, vacío y electrónica – Para la construcción de los aceleradores, el CERN se convirtió en experto en grandes electroimanes supraconductores, cuyas bobinas se mantienen a temperaturas cercanas al cero absoluto. Para el LHC, los electroimanes tienen el mayor campo magnético jamás obtenido con electroimanes grandes, de 15 metros de longitud.

En los aceleradores, las partículas se mantienen en un tubo donde se hace alto vacío. En el LHC el tubo tiene 27 kilómetros de longitud y el vacío es superior al vacío interestelar en el Universo.

El CERN desarrolla electrónica rápida. Se puede medir directamente el tiempo de una milmillonésima de segundo, el tiempo que la luz demora para recorrer 30 centímetros (recordemos que la velocidad de la luz es de 300 mil kilómetros por segundo).

El impacto tecnológico del CERN puede evaluarse por el hecho de que aproximadamente la mitad de los fondos anuales de 630 millones de euros se emplea en contratos con la industria.

Vemos por esta corta descripción que el CERN es realmente un laboratorio de paz, y aborda cuestiones fundamentales de la naturaleza, en un espíritu de gran colaboración internacional.

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