El 10 de septiembre del 2008 se puso en marcha por primera vez una máquina muy especial: está ubicada en la frontera franco-suiza cerca de Ginebra y consiste en un tubo en forma de anillo de unos 9 km de diámetro, vacío, frío (cerca del cero absoluto), sometido a formidables campos magnéticos y rodeado por un montón de sistemas de medición de lo que pasará cuando en ese anillo choquen entre sí partículas pesadas a velocidades de la luz. Cada choque tendrá una energía de 14 teraelectronvoltios, una cantidad tan formidable de energía que la pura cifra no nos dice nada. Es comparable a la que tienen las partículas en el centro del Sol. Su nombre es LHC = Large Hadron Collider - Gran colisionador de hadrones.

A los pocos días hubo que detenerla, porque había sufrido lo que en los sistemas tecnológicos complejos se denomina "enfermedad infantil". Es casi imposible que una máquina de esa complejidad sea perfecta de entrada y, en el caso de LHC, los arreglos demoraron más de un año. Ahora se anuncia su nueva puesta en marcha, y ese hecho ha vuelto a la actualidad un tema que había salido de la atención pública. Veamos, pues, de qué se trata.

Las "partículas pesadas" no son tan pesadas: son átomos o fragmentos de átomos. Pero en el universo hay esencialmente dos clases de partículas: los pesados hadrones (los protones y los neutrones son los más conocidos) y los mucho más livianos leptones (los electrones, y unas partículas que no tienen carga ni masa, los neutrinos, que vienen en tres clases, aunque nadie se los puede imaginar). Pero éstas son las partículas "livianas".

Los hadrones están a su vez compuestos de "quarks", que vienen en varios tipos y "colores", que no tienen nada que ver con lo que habitualmente entendemos por color, sino que es una propiedad nueva que no supieron cómo llamar y le pusieron así.

La cuestión es que el zoológico de partículas elementales tiene un buen número de animales, la mayoría de los cuales tiene una existencia muy fugaz y ni siquiera forma parte de la materia tal como la conocemos. Lo más notable es que este conjunto de partículas es sumamente coherente, obedece a una teoría matemática muy desarrollada, pero presenta aún problemas muy complicados que el LHC intentará responder.

En el universo se conocen cuatro tipos de fuerzas, de intensidades muy diferentes entre sí: la más débil es la gravitatoria, que sin embargo es la que mantiene a las galaxias, los planetas, las estrellas como cuerpos discernibles, porque une entre sí sus diversos trozos. La otra fuerza conocida por la mayoría de nosotros es la electromagnética, que mantiene armados a los átomos, porque atrae a los electrones al núcleo. La tercera es llamada "fuerte", es la que mantiene unidos a los núcleos atómicos. La cuarta, llamada débil, es bastante esotérica, e interviene en el decaimiento radiactivo. Desde los tiempos de Einstein se busca unificar estas fuerzas; es decir, reducirlas a un solo origen. Lo notable es que este intento ha sido bastante exitoso, aunque Einstein no vio cómo se resolvía el problema. Primero se reunieron la fuerza electromagnética y la débil en una obviamente llamada "electrodébil" y luego se le añadió la fuerte y nació el "modelo Standard". Pero la gravedad quedó fuera del esquema.

Este esquema se basaba en una interpretación bastante abstracta del concepto habitual de "simetría". Un círculo es más simétrico que una elipse; pero si se tiene un círculo y se lo aplasta un poco, se obtiene una elipse: ambas figuras pertenecen a la misma familia; la simetría "se rompió" al producirse el aplastamiento, pero existió alguna vez o en algún concepto. Esto es una metáfora del sentido en que se puede afirmar que las tres fuerzas pertenecen al mismo concepto de simetría que, de alguna manera, en los primeros instantes del "big bang" se rompió. Esta teoría funcionaba mediante la ayuda de una serie de partículas hasta entonces desconocidas, que se fueron encontrando una a una después de haber sido predichas por las teorías cada vez más sofisticadas, dando una imagen muy completa de la estructura atómica y nuclear, la radiactividad y muchas otras propiedades de la materia: por ejemplo, la estabilidad de ciertas partículas y la inestabilidad de otras. Salvo una explicación de la existencia misma de la materia, de por qué las partículas tenían las masas que se medían y por qué se había roto la simetría al comienzo de los tiempos. Y la gravedad no cabía en el esquema.

Había aún otros misterios que develar: esa partícula sin masa y sin carga, que nadie se podía imaginar, el neutrino, ¿podría ser que tuviese una masa muy, muy pequeñita? El protón, cuya estabilidad excedía los tiempos de existencia del universo, ¿podría no ser absolutamente estable, de una vez y para siempre? ¿Por qué los imanes siempre tienen dos polos? ¿podrán existir los monopolos magnéticos?

La cuarta fuerza -la gravedad, que desde Einstein estaba muy precisamente descripta por la teoría general de la Relatividad- no entraba en este sistema, lo que sigue siendo muy molesto para los físicos. Había que encontrar la manera de unificar también a ésta en una especie de "supersimetría". Cuando se llevaron a cabo los intentos de hacer esto, no aparecieron más que fracasos y absurdos. Se inventaron las teorías de la cuerdas -de las que ahora todos hablan- según las cuales las partículas, que todos se habían imaginado como puntitos dotados de masa y otras propiedades como un momento magnético llamado "spin", no eran puntos (de dimensión cero) sino entes unidimensionales (o aun bidimensionales, en algunas de estas teorías) que vibraban las famosas cuerdas. Estas teorías conducen a espacios inimaginables, de variados números de dimensiones, y los teóricos aún no se ponen de acuerdo, pero avanzan.

Pero el LHD no tiene nada que ver con las cuerdas y la relatividad. Hace ya unos cuarenta años, un tal Higgs inventó una partícula de gran masa, a la que nadie había visto, pero cuya existencia haría caer a todas las piezas del puzzle en su sitio. Si se me permite una metáfora: se conocían cuatro vértices de un pentágono, y todo lo que sabía hacía pensar que esta figura incompleta era, en efecto, un pentágono, sólo que no había visto más un gran borrón allí donde debería haber estado el quinto vértice. (1) Higos postuló cómo sería ese vértice que nadie había visto. La razón por la que no se había visto al "bosón de Higgs" era que tenía mucha masa y por lo tanto sólo se pondría en evidencia en eventos de muy alta energía: he aquí una de las razones para construir el LHC.

Pero hay otros misterios que se han ido descubriendo bastante después de que todas estas teorías estuvieran en marcha. Se encontró, comparando la materia que se manifestaba gravitatoriamente con la que componía el universo visible, que sólo veíamos el 10% de la materia que existe en el universo, si no queremos tirar toda la física a la basura. Como el humano le pone nombre a todo, a lo que no se veía se le puso de nombre "materia oscura". Nadie sabe ahora de qué está hecho el 90% del universo que habitamos. Tal vez el LHC dé también una respuesta a esta pregunta. ¿Qué es lo que existe pero sólo se manifiesta por la fuerza de gravedad, la más débil de todas?

Hubo algunos agoreros que dijeron que las fantásticas energías liberadas en el LHC podrían poner en peligro la existencia misma de la Tierra o aún del universo entero. ¿Qué pasaría si la energía del LHC fuese suficiente para crear un agujero negro en la tierra, que se tragaría todo lo existente como aquel animal mitológico de la película de los Beatles, el Submarino Amarillo que terminaba dejando la pantalla en blanco? Los teóricos dicen que ello no es posible, y el hecho de que usted esté leyendo estas líneas puede ser una prueba irrefutable de que el LHC no se tragó la Tierra. Pero hay otras cuestiones, menos esotéricas que la improbable autodestrucción del universo. Por ejemplo:

El LHC costó unos 4.000 millones de dólares y operarla consume tanta energía como toda la ciudad de Ginebra, que está al lado, cuando estamos ante una crisis energética mundial. Un sexto de la humanidad está desnutrido y generamos millones de toneladas de basura todos los días. Ante tantos problemas humanos sin solución, ¿vale la pena gastar esa suma en una máquina enorme que sólo ayudará a unos pocos entendidos a desentrañar los misterios más íntimos de la materia? Esa es una pregunta que cada uno deberá responder según sus convicciones políticas y aun religiosas. Jesús dejó que María Magdalena le ungiera los pies, aunque ese aceite se hubiera podido vender para dar el dinero a los pobres. Pero ¿no nos estamos metiendo en ámbitos de la realidad que no estaban destinados a nuestros ojos? ¿No nos estaremos produciendo una gran indigestión comiendo una tras otra las manzanas del Árbol del Conocimiento del Bien y del Mal?

No voy a dar una respuesta a estas preguntas. Los humanos gastan cien veces más para inventar máquinas para matarse los unos a los otros. ¿Y si empezáramos por dedicar esos fondos a resolver los problemas de la humanidad y de la Tierra en su conjunto?

(1) Ojo con tomar esta metáfora como una descripción de la Teoría Standard, que es infinitamente más complicada que la geometría de un simple pentágono. Quiero mostrar solamente: "Debería estar ahí, no la he visto y necesito verla para demostrar que la teoría es completa".

TOMÁS BUCH (*)
Especial para "Río Negro"

(*) Químico y tecnólogo