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¿Cuál es el tamaño de nuestro universo? ¿Qué edad tiene? ¿Hay en él solo tres dimensiones? ¿Qué fenómeno hace que brillen las estrellas? ¿Cuál es la naturaleza de la gravedad? ¿Cómo es, dónde está y por qué no vemos la materia oscura? Estas son algunas de las preguntas sin respuesta que a diario motivan las investigaciones del profesor Nelson Vanegas y de otros 4.000 científicos que trabajan en la Organización Europea para la Investigación Nuclear (CERN), considerado el centro de investigación de partículas más importante del mundo.
Vanegas lidera el Grupo de Fenomenología de Interacciones Fundamentales de la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales de la Universidad de Antioquia (UdeA). El trabajo de su equipo en el experimento CMS del gran colisionador de hadrones permitió que esta semana el CERN reconociera a la universidad como la primera institución de educación superior pública colombiana en ser miembro pleno de la organización.
¿En qué consiste y cuál es la importancia del gran colisionador de hadrones del CERN?
El gran colisionador de hadrones viene funcionando desde hace 10 años. Se construyó para detectar la partícula del bosón de Higgs; ese era su propósito principal. Después de lograr esto ha seguido en búsqueda de otros componentes y otros estados de la materia. El objetivo ahora es estudiar a fondo los elementos que ya conocemos y al mismo tiempo poner a prueba teorías y modelos nuevos. Esencialmente, queremos tratar de entender mejor cómo funcionan las interacciones fundamentales del universo a nivel subnuclear.
¿Dónde está ese gran colisionador? ¿Cuánto mide? ¿Cómo funciona?
Es, básicamente, un anillo subterráneo de 29 kilómetros de longitud ubicado en la frontera entre Suiza y Francia, cerca de la ciudad de Ginebra. Por el centro de este túnel viajan protones en direcciones opuestas con energías muy altas, casi a la velocidad de la luz. El proceso es sencillo. Primero, se le quitan los electrones al hidrógeno para que queden solo los protones. Después, estas partículas se aceleran y mediante campos magnéticos se ponen en una trayectoria circular dentro del anillo. Finalmente se hacen colisionar entre sí. Estas colisiones se producen en cuatro puntos específicos del gran anillo. En cada punto de choque de protón contra protón se construyen detectores. Hoy en día hay cuatro de ellos: Atlas, CMS, LHCb y Alice. Nosotros, como Universidad de Antioquia, trabajamos en el CMS.
¿Qué tiene de especial el experimento CMS?
El CMS es uno de esos aparatos de detección. En español quiere decir solenoide compacto de muones. Tiene forma cilíndrica, mide 21 metros de largo y 14 metros de diámetro, y pesa 14.000 toneladas. En el centro del tubo se producen las colisiones. El aparato está diseñado para detectar cuando un protón choca contra otro y para identificar la formación de partículas especiales, que en otras circunstancias sería imposible observar. Una de ellas es el bosón de Higgs, del que te hablaba antes. En el CMS también se pueden estudiar todos los componentes fundamentales de la materia, que surgen como resultado de estas colisiones. Lo que hacemos como científicos es ordenar y estudiar los datos que se producen todo el tiempo para intentar dar respuesta a las preguntas fundamentales del universo.
¿El CMS puede reproducir colisiones parecidas a las que dieron origen al universo?
Por un período de tiempo muy, muy breve, que ningún reloj podría captar, el gran colisionador permite reproducir condiciones similares a las que pueden haber existido después del Big Bang. Es como si lográramos subir la temperatura en un volumen muy pequeño de centímetros cúbicos y simular las explosión del origen del universo.
¿Cómo fue el proceso académico e institucional dentro de la Universidad de Antioquia que permitió que el grupo que usted dirige se volviera un referente internacional?
Primero quiero decir que este trabajo fue el resultado de una decisión institucional y estratégica de la universidad. Sin el apoyo de tres rectores no hubiéramos podido llegar a ninguna parte. Basta con que una directiva se niegue a avanzar para que las cosas se queden en la mitad del camino. Creo que es muy importante resaltar el compromiso institucional. Muchas veces hay situaciones políticas o de presupuesto que cambian de un día para otro las prioridades o las apuestas de la universidad. Pero en este caso no fue así. Hace dos años decidimos vincularnos al experimento CMS. En ese momento éramos un estudiante de doctorado y yo. Ahora somos dos profesores de tiempo completo, un pasante posdoctoral, dos estudiantes de doctorado, dos estudiantes de maestría, algunos estudiantes de pregrado y un ingeniero de software.
¿Por qué decidieron vincularse al CMS y no a otros experimentos?
En este experimento podíamos entrar con una figura que se llama instituto cooperante, que nos permitía trabajar allí, estar en los laboratorios y ser parte activa de los equipos de investigación. Yo, por ejemplo, estuve Ginebra haciendo trabajo de primera mano con el hardware del detector.
En concreto, ¿cuáles fueron los aportes del equipo de la UdeA al experimento del CMS? ¿Por qué el CERN decidió reconocerlos como miembros plenos de la organización?
Desde hace dos años estamos cumpliendo tareas específicas dentro del experimento, que han permitido su transformación y su evolución. Por otra parte, hemos trabajado en análisis de datos. Hace poco uno de los miembros del equipo, el profesor Jhovanny Mejía, lideró un trabajo de análisis en el que se descubrieron dos nuevas partículas de las que no se sabía mucho y ahora tenemos muchos y mejores datos. Esto demuestra que en la UdeA tenemos el personal con las capacidades, el espíritu y la disciplina necesarias para contribuir al experimento. Eso, justamente, fue lo que se demostró y es la razón por la que nos aceptaron.
¿Qué implicaciones prácticas tiene este reconocimiento?
El CERN es un centro enorme de innovación, no solo porque se hace física, sino porque se resuelven problemas muy complicados de ingeniería para poder montar todos los equipos con el fin de utilizar las redes de cómputo necesarias, para poder comunicar datos a grandes distancias y para aprender a manejar bloques de datos gigantescos. Para que los lectores se hagan una idea, el CERN maneja más datos que Google. Hay que tener ingenieros trabajando en resolver problemas que no existen en ninguna otra parte. Para nosotros, aprender de eso es transferencia tecnológica.
También es importante la formación del recurso humano a muy alto nivel. Con este programa tenemos estudiantes de doctorado que están codeándose, como se dice coloquialmente, con gente que es la mejor en el mundo en estos temas.
Otra implicación práctica de este reconocimiento es que podemos participar como autores oficiales en las publicaciones del experimento y ser reconocidos como tales. Para el futuro podemos hacernos responsables de proyectos propios fundamentales en el experimento, nuestra participación no está proyectada para uno o dos años: queremos estar hasta 2040, cuando menos. Finalmente, este logro va a impulsar la investigación en la carrera en física de la universidad y en otras facultades como química y las ingenierías.
Una de las líneas de investigación del CMS es la materia oscura. ¿Qué es? ¿Qué han descubierto?
Los físicos, cosmólogos y astrónomos hemos descubierto a lo largo de muchos años que lo que vemos no es suficiente para explicar el porqué del universo. En la práctica, las cosas que se pueden observar no bastan para explicar por qué la estructura del universo es de la forma que es. La materia que podemos ver, que se llama materia ordinaria, de la que está hecho todo lo que nos rodea, las estrellas, las galaxias, lo que existe en cualquier planta, lo que tocamos, la mesa de tu escritorio, solo alcanza a explicar el 4 % del contenido de energía del universo. Se necesita otro tipo de materia que no se puede ver: esa es la materia oscura. Se le llama oscura porque los astrónomos no la han visto, porque en un telescopio no se ve, porque ninguna observación astronómica da cuenta de ella. Pero podemos decir que está ahí porque la mecánica del universo es así. Decimos que existe una materia que no vemos, pero que tiene que estar ahí. Esa es la materia oscura.