Colombia, en el mayor experimento de física del mundo

Antes de haber llegado a este texto, es posible que hoy haya chequeado algunos mensajes en WhatsApp o videos en Youtube, en Instagram o en TikTok. También es posible que, en su celular, le haya echado un vistazo a un par de noticias del día, si no colapsó en el mar de publicaciones de los medios de comunicación. Cualquiera que haya sido su rutina, es un buen momento para saber que esas tareas son posibles gracias a uno de los mayores experimentos de Física del mundo.

Antes de haber llegado a este texto, es posible que hoy haya chequeado algunos mensajes en WhatsApp o videos en Youtube, en Instagram o en TikTok. También es posible que, en su celular, le haya echado un vistazo a un par de noticias del día, si no colapsó en el mar de publicaciones de los medios de comunicación. Cualquiera que haya sido su rutina, es un buen momento para saber que esas tareas son posibles gracias a uno de los mayores experimentos de Física del mundo.

Solo comparable con hazañas como la llegada del humano a la Luna o el descubrimiento del genoma humano, es gracias al CERN —o European Organization for Nuclear Research— que hoy podemos navegar en internet y deslizar nuestros dedos para buscar una aplicación en el celular. Tanto las tres “w” que utilizamos para ingresar a cualquier página web como las pantallas táctiles que usamos con tanta cotidianidad se las debemos, de alguna manera, al CERN.

La idea que dio origen a la web se gestó en la navidad de 1990, tras la necesidad que tenían los científicos de materializar colaboraciones de manera más fácil y rápida, sin tener que viajar o hacer llamadas telefónicas. La que sentó las bases de las pantallas táctiles había nacido un poco antes (en la década de 1970) como una solución para manejar los complejos sistemas de un artefacto de unos 7 kilómetros de circunferencia (el Super Sincrotrón de Protones) para, entre otras cosas, simular los primeros instantes del Universo, luego del Big Bang.

Hoy el CERN cumple 70 años. Luis Núñez, físico y doctor en Ciencias, y profesor de la Escuela de Física de la Universidad Industrial de Santander, tiene una manera práctica de explicar por qué vale la pena dedicarle un espacio del día entre el frenetismo de las noticias: “Es el Google de la ciencia. Es la muestra de que la humanidad puede cooperar para resolver preguntas fundamentales”. “Yo y muchos científicos le debemos nuestra carrera al CERN”, dice Juan Diego Soler, doctor en Astronomía y Astrofísica e Investigador científico del Instituto de Astrofísica Espacial y Planetología en Roma, Italia.

Dicho de manera resumida: el CERN, la colaboración científica más grande que ha emprendido la humanidad y que nació formalmente el 29 de septiembre de 1954, después de varios ires y venires, le ha permitido a miles de investigadores explorar ideas y crear artefactos que hace medio siglo podían parecer más un cuento de ciencia ficción.

El ejemplo más popular ha sido el descubrimiento del Bosón de Higgs. Anunciado en 2012, era la pieza que le faltaba encontrar a los físicos para completar el “Modelo Estándar”, una teoría construida entre los años 60 y 70 para describir la interacción de las partículas fundamentales que componen todo lo que vemos en el universo, desde nuestros cuerpos hasta un asteroide o la taza de café que bebimos esta mañana.

Aunque Peter Higgs predijo su existencia hace cinco décadas, solo gracias al CERN y al Gran Colisionador de Hadrones (LHC) que fabricó esa colaboración a 100 metros de profundidad entre Francia y Suiza, fue posible detectar esa escurridiza partícula, cuya tarea es asignar masa a otras partículas.

Para decirlo de otra forma, como apuntaban los físicos teóricos Brian Cox y Jeff Forshaw en su libro El universo cuántico, el Gran Colisionador de Hadrones (LHC), “la máquina más grande y sofisticada jamás construida” ha permitido llevar al límite al Modelo Estándar. Para comprender su magnitud, basta decir que en ese túnel de 27 kilómetros los científicos generan colisiones que alcanzan temperaturas hasta 100.000 veces más altas que las que se producen en el centro del Sol.

Deywis Moreno, doctor en Física de Partículas, tiene un ejemplo un poco más sencillo para sintetizar lo que simboliza el CERN: “Lo que sucede en su cafetería, en Ginebra, puede ser útil para dimensionar de qué hablamos: cada vez que vamos, nos encontramos investigadores de muchas disciplinas hablando en todos los idiomas posibles y con todos los acentos. Lo particular es que todos trabajamos por un objetivo común”.

Moreno es profesor de la Universidad Antonio Nariño, que en Colombia fue la primera universidad en involucrarse en uno de los experimentos del CERN: ATLAS, que fue, junto con el experimento CMS, el que permitió detectar el Bosón de Higgs. Ha reclutado 5.500 científicos de 245 institutos, ubicados en 42 países.

“Hacer parte de esa colaboración nos ha permitido estar en la élite de la física de altas energías. Para un físico de partículas es la ‘meca’; ha sido la posibilidad de democratizar el conocimiento y transmitírselo a nuestros estudiantes”, añade la profesora Gabriela Navarro, doctora en Física e integrante del Grupo de Investigación Experimental High Energy Physics de la U. Antonio Nariño.

Son lazos que se han establecido en diferentes direcciones. Por ejemplo, como cuenta Núñez, de la UIS, el CERN hoy está en uno de los comités asesores de un proyecto que reúne a ocho universidades de América Latina y busca fortalecer las relaciones con instituciones de Europa alrededor de la Física de Altas Energías. Latin American alliance for Capacity building in Advanced Physics es su nombre, aunque es más fácil recordarlo por su rítmica sigla: LACoNGA

Del Higgs hasta el cáncer

Pertenecer a la meca de la Física no solo consiste en participar de los más populares experimentos del CERN que, además del Bosón de Higgs, ha permitido hallar otras partículas claves del Modelo Estándar, como W y Z, en las que es imposible ahondar en un par de páginas de periódico. Hacer parte de esa colaboración gigante, dice Carlos Andrés Flórez, PhD en Física, también ha facilitado que muchos de nuestros estudiantes se involucren en sus programas.

En el caso de la Universidad de los Andes, donde Flórez es profesor, ese vínculo con el CERN comenzó en 2006 y ha estado liderado por Carlos Arturo Ávila. Desde entonces, han trabajado en el experimento Compact Muon Solenoid (CMS) que, como ATLAS, también intenta resolver preguntas que aún no tienen una respuesta clara sobre la composición de Universo: ¿De qué está compuesta la materia oscura que se cree conforma el 27% del Universo, aunque sea indetectable para nuestros ojos? ¿Qué partículas tiene?

“Siempre que hablan del CERN aparece sobre la mesa el Bosón de Higgs, pero ese hallazgo fue solo un granito de arena. Ese esfuerzo, que parece casi una sociedad utópica donde interactúan científicos de muchos países, nos ha permitido, llevar a 37 ingenieros de cómputo, que han trabajado allí por dos años; culminar 10 tesis de doctorado y 22 de maestría. Además, hemos contratado a 6 investigadores postdoctorales para participar en el mantenimiento y operación del detector CMS. Hacer parte de ese trabajo ha sido la oportunidad de sentarse junto a profesores de las mejores universidades y comprobar que los colombianos estamos en un gran nivel y somos igual de capaces”, señala Flórez.

De esa “utopía” que empezó a tomar forma después de la Segunda Guerra Mundial y que buscaba establecer un laboratorio de investigación fundamental en Física alejado de los propósitos militares, también hacen parte la Universidad de Antioquia y la Universidad Nacional.

La última empezó a hacer parte del CERN en 2014 en un experimento cuyas siglas son LHCb (o Large Hadron Collider beauty) y en 2020 en ATLAS, al que se incorporó la U. Javeriana en 2023. Sin dar muchos rodeos, los 1.565 investigadores que analizan los datos del LHCb tratan de entender las ligeras diferencias que hay entre la materia y la antimateria y si hay, como se sospecha, procesos o pequeñísimas “grietas” en los que se viola las perfectas simetrías que sostienen las leyes de la Física.

“Con los datos que ayudamos a analizar en la U. Nacional queremos saber por qué hoy solo vemos un Universo hecho de materia, si después del Big Bang, produjo iguales cantidades de materia y antimateria”, indica Jairo Alexis López, doctor en Física profesor del Departamento de Física de la Unal, de donde han salido más de 30 estudiantes para el CERN. Para llevar a cabo esa tarea, dice López, se producen tantos datos que equivalen a todos los libros que hay en el planeta. “Es como si nos dieran toda la literatura que se ha producido por siglos y tuviéramos que buscar cuántas veces se repite una sola palabra”.

En el caso de la U. de Antioquia, se involucró como cooperante en 2017 en el mismo experimento en el que está Los Andes: el CMS, que reúne a más 5.500 científicos de 54 países, y gira en torno a un cilindro de 14 mil toneladas que tiene 30 metros de largo y 15 metros de diámetro. Hoy, ya como miembro pleno, en la Udea analizan la enorme cantidad de datos que se producen en las colisiones de protones.

“Además, ayudamos a construir detectores para encontrar las partículas que se producen en las colisiones. Nos interesa detectar las del Modelo Estándar, que hoy conocemos con una precisión y profundidad antes impensable, pero nos interesa mucho más detectar las que se han predicho teóricamente, pero que nunca hemos podido ver”, explica José David Ruiz, PhD en Física de Partículas y uno de los tres profesores a cargo de la colaboración.

En otras palabras, aunque ha sido uno de sus objetivos, hasta el momento en el CERN no han logrado encontrar una física más allá de la planteada en el Modelo Estándar. Saber si lo hará en los próximos años es moverse en el terreno de la especulación, pero minimizar ese esfuerzo a la búsqueda de unos ingredientes esenciales de una teoría, no le hace honor a quienes han dado una mano en el CERN. Como apunta Juan Diego Soler, las aplicaciones de su tecnología van desde la creación de la “nube”, que nos permite acceder a archivos desde Lima, Pekín o Villavicencio, hasta desarrollar tratamientos para el cáncer.

En términos un poco resumidos, a la par que se ha intentado descubrir y entender cómo está compuesta la materia en las escalas más diminutas, también se ha comprendido que la interacción de algunas de esas partículas con nuestro cuerpo pueden ser útiles para tratar o diagnosticar enfermedades.

Para la muestra un botón: hace unas tres décadas la investigación del CERN fue clave para desarrollar la terapia con haces de hadrones, que ayuda a destruir tumores sin afectar demasiado a los tejidos cercanos, unos de los grandes inconvenientes que tiene la usual radioterapia. Como se lee en su página web, se han beneficiado unos 300 mil pacientes, pero aún es pronto masificarla por su costo y su diseño.

En camino también está otro tipo de radioterapia llamada FLASH, que consiste en un pequeño acelerador, que espera ser útil en tipos de cáncer para los que aún no sirven los tratamientos convencionales. El experimento ISOLDE, para mencionar solo uno más, ha permitido la producción de radioisótopos, unos elementos que no son tan estables como muchos de los que aprendimos en la tabla periódica del bachillerato. De los 1.800 que existen, unos 50 se usan en medicina tanto para tratar tumores, pues emiten radiación, como para crear imágenes que permiten ver detalles del cerebro, los pulmones o la médula ósea.

Soler agrega otro que ha sido muy útil a quienes se mueven en el mundo de la epidemiología: una red de cómputo gigante que se extiende por muchos países y ha permitido modelar el comportamiento de enfermedades infecciosas, algo fundamental cada vez que surgen brotes que ponen en aprietos la salud de un país o de un continente entero, como sucedió hace solo cuatro años.

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