CAVALL FORT | Cavall Fort: 1080 - El laboratori més gran de física nuclear: el CERN [CAVALLFORT]

El laboratori més gran de física nuclear: el CERN

(© CERN)

Oi que n'heu sentit parlar? És on s'estudien els secrets de l'àtom i de les partícules subatòmiques, ultramicroscòpiques, en unes instal·lacions enormes que es troben en un soterrani de forma d'anell, prop de Ginebra, a la mateixa frontera de França amb Suïssa. El nom és Centre Europeu de Recerques Nuclears, amb sigles CERN. Ara fa poc més de mig segle que es va fundar. Va ser el 29 de setembre de 1954 quan se’n va acordar la construcció. Voleu saber què s'hi ha fet en aquests últims cinquanta anys? Us en faré un petit resum.

La prehistòria del CERN

És clar que no s'hauria fundat el CERN si abans no s'hagués vist la seva necessitat per a l'estudi de l'àtom. "Àtom" vol dir "indivisible", però ja feia molts anys que s'havia vist que el nom no fa la cosa. Des del principi del segle XX s'havia vist que era un compost: un nucli, amb protons i neutrons, i un embolcall d'electrons. Però pels anys vint es va començar a veure que encara hi havia més partícules, partícules estranyes que podien sortir del mateix nucli de l'àtom. Com pot ser? Es va poder veure estudiant els raigs còsmics que ens arriben de les estrelles.

Instal·lació del detector CMS, una de les màquines que s’utilitzaran per a fer experiments dins del LHC (© CERN).

S'havien descobert el 1912 i s’havien estudiat amb detall a partir del 1921. Són partícules molt energètiques que en arribar a l'atmosfera terrestre o bé són frenades i prou, o bé, si porten molta energia, en xocar contra els àtoms d'oxigen o nitrogen provoquen una cascada de partícules secundàries. Quan Carl David Anderson (1905-1991) el 1932 va anunciar que a la seva cambra de detecció d'aquells raigs s'havia vist la producció de dues partícules antitètiques, un electró i un positró, molts físics no el van creure. “Què és això d'un positró? Ningú no n'ha vist mai cap i no sabem pas que n'hi hagi a l'interior dels àtoms”, deien.

Però la cosa era real i els científics van acabar rendint-se. Caldrà investigar aquestes partícules rares. Ara bé, els raigs còsmics són escassos i impredictibles. Per què no produir radiacions energètiques artificialment? És una idea que es va tenir fins i tot abans de la troballa del positró. El noruec Rolf Wideroe ja l'havia proposada el 1928, i el 1929 el nord-americà Ernest O. Lawrence la va voler posar en pràctica i va inventar un aparell anomenat ciclotró.

Un altre moment de la instal·lació del CMS (© CERN).

Era com una anella dins de la qual, combinant camps magnètics i camps elèctrics, es podia accelerar electrons fins a velocitats relativament grans i fer-los xocar després amb àtoms per descompondre’n els nuclis. El primer que va construir era petit; es podia dur al palmell de la mà... I avui al CERN n'estan construint un de 27 quilòmetres de recorregut, milions de vegades més potent que el primer de Lawrence.

L'invent de Lawrence es va anar perfeccionant de mica en mica. A Amèrica es van anar construint el sincrotó, el sincrociclotró i d’altres. I això va ser el que va fer desvetllar Europa, que també volia estudiar les partícules que resulten de desintegrar nuclis atòmics fent-n'hi incidir d'altres.

El gran treball del CERN

Els físics De Broglie i Saultry, el 1949, van proposar al Centre Europeu de la Cultura de París la idea de fer a Europa un centre d'estudis nuclears, i aquesta proposta va ser defensada a l'Assemblea General de la Unesco per Isidor Rabí el 1950. La cosa va acabar aprovant-se i el 1954, com hem dit abans, es va posar fil a l'agulla. Es va escollir un lloc sota terra, a la frontera francosuïssa.

El primer accelerador que hi van instal·lar va ser un modest sincrociclotró, que el 1959 ja va poder ser substituït per un potent protó-sincrotó (PS, en diuen) de 200 metres, cosa ja força gran per a aquell moment.

Vista aèria del domini del CERN, amb el llac de Lemans al fons. S’hi veuen dos cercles: el més petit indica el lloc on es troba el SPS i, el més gran, el túnel del LEP, amb una circumferència de 27 km (© CERN).

Però no en van tenir pas prou. Calia aconseguir més potència per descobrir els secrets de l'àtom. Ara ja se sabia que protons i neutrons eren compostos de tres partícules, que s'anomenaren quarks, i que amb grans energies es podien "crear" partícules que no existeixen en la matèria ordinària. I el 1976 van començar la construcció del SPS, el superprotosincrotó, de 7 quilòmetres de recorregut, a 40 metres sota terra. Va entrar en servei el 1981. Aquesta nova màquina ja va col·locar el CERN al capdamunt de la investigació mundial. Els seus directors CarIo Rubbia i Simon Van der Meer es van fer cèlebres quan van anunciar el 1983 que havien pogut mostrar l'existència dels bosons transmissors de la força dèbil (partícules Zº, W+ i W–, que fins aquell moment només eren teòriques), i això els va merèixer el premi Nobel de Física. Sense el SPS no haurien pas pogut arribar a obtenir-les.

Un nou projecte encara més ambiciós

Vista de conjunt del LHC, el nou accelerador de partícules del CERN (© CERN).

Va ser la construcció del túnel de 27 quilòmetres de circumferència a cent metres sota terra, per a la instal·lació de l'aparell més gran que mai s'havia construït al món. Què hi havien de col·locar? El Large Electron Positron Collider (LEP, familiarment). Per què tan enorme? Què hi volien aconseguir? El nom ja ho diu: fer xocar electrons amb positrons a gran velocitat per escatir què va succeir unes milionèsimes de segon després del big bang. Es va inaugurar el 1989. I van aconseguir coses que no havien previst, com matèria vint vegades més densa que un nucli atòmic (plasma de gluons i quarks).

El 24 de juny de 1994 s'aprovava la construcció d'un nou accelerador, el Large Hadron Collider (LHC), que substituirà el LEP tot ocupant també els 27 quilòmetres de circumferència, i entrarà en funcionament, si tot va com està programat, el 2007. Volen fer col·lidir partícules més pesants (hadrons, protons, neutrons i d’altres). Desitgem que tinguin sort.

Text: FRANCESC NICOLAU
Fotografies cedides pel CERN
Tornar a dalt