Adiós al abuelo del LHC

Una vista panorámica del interior del Bevatron, tomada en 1956. - LBNL 

El Bevatron, el Santo Grial de los físicos de partículas de todo el mundo desde mediados del siglo XX, está a punto de desaparecer. La enorme máquina, casi impensable para la ciencia en los años 50 del pasado siglo, fue durante décadas el mayor acelerador de partículas que inauguró la era del estudio de partículas subatómicas y que hizo que varios investigadores de la Universidad de Berkeley (EEUU) lograran el premio Nobel por sus aportaciones logradas con tan fantástico ingenio.

Esta máquina fue construida a mediados de la década de 1950 por la Comisión Nacional de Energía Atómica en el mismo corazón del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley. Con un coste de nueve millones de dólares, se construyó en una colina con privilegiadas vistas sobre la bahía de San Francisco.

Entró en funcionamiento en enero de 1954 y se trataba de una maravilla sin comparación posible en todo el mundo. La revista Popular Science lo definió entonces como "un enorme cascanueces de 10.000 toneladas para romper nueces invisibles, el aplastador de átomos más potente jamás construido".

Tenía 41 metros de diámetro, 9.500 toneladas de acero, 362 kilómetros de cables y casi 4.000 kilómetros tubos, y ocupaba 12.000 metros cuadrados. Todo ello para aplastar átomos 20 millones de veces más pequeños que la cabeza de un alfiler. Se denominó Bevatron porque tenía una capacidad de producir energías del orden de los billones estadounidenses miles de millones para nosotros de electronvoltios (eV). Es decir, era un sincrotrón que producía 6,5 billones de eV (Billions of eV Sincrotron).

La antimateria existe

Uno de sus primeros logros fue la constatación de la existencia de la antimateria. En 1955, un año después de que finalizara su construcción, logró probar la existencia del antiprotón, una partícula exactamente igual que el protón pero con carga negativa. Este descubrimiento llevó al físico italiano Emilio Segré y a su colega estadounidense Owen Chamberlain a obtener el premio Nobel de Física por demostrar que la simetría existía y que la antimateria no era una quimera. Las partículas tenían antipartículas.

De esta forma se probaba que la antimateria era definitivamente real, como predijo en 1928 Paul Dirac. Este físico teórico británico desarrolló una serie de ecuaciones que predecían la existencia de la antimateria 20 años antes de que se confirmara, mediante la unión de la teoría de la relatividad de Einstein con algo de mecánica cuántica. Las ecuaciones predecían con gran exactitud la existencia del positrón, la antipartícula del electrón, pero ningún acelerador de partículas era lo suficientemente potente para comprobarlo. Hasta que llegó el Bevatron.

Hasta su clausura en 1993 y durante los años siguientes al descubrimiento del antiprotón, se llevaron a cabo decenas de experimentos utilizando haces de protones procedentes del acelerador, con los que se generaban haces secundarios de partículas elementales, entre las que se encontraban no sólo protones, sino también neutrones, piones, partículas extrañas y otras muchas.

Todas ellas se estudiaron en profundidad. No en vano, un físico estadounidense de origen español, Luis Walter Álvarez, recibió el Nobel en 1968 por su cámara de burbujas de hidrógeno líquido.

Un dibujo que valió un Nobel

El artífice del acelerador de partículas fue el profesor de física Ernest Orlando Lawrence, a quien se suele atribuir el nuevo estilo de gran ciencia basada en grandes equipos y que dio nombre al Laboratorio de Berkeley. El historiador de la ciencia Alvin Weinberg subraya que Lawrence no sólo creó una serie de máquinas que facilitaron descubrimientos científicos, sino también una manera completamente nueva de hacer ciencia. "El nuevo estilo de gran ciencia basada en grandes equipos se atribuye generalmente a Ernest O. Lawrence", dice Weinberg.

"Quería hacer física grande, el tipo de trabajo que sólo puedes hacer a gran escala con mucha gente involucrada", dijo Herbert York, el primer director del Laboratorio Lawrence Livermore, como se relata en la página web oficial del laboratorio.

Su idea de construir algo como el Bevatron surgió en 1928, cuando se trasladó desde Yale a la Universidad de Berkeley, donde se convirtió en el profesor más joven. Tres años más tarde, en agosto de 1931, creó el Laboratorio de Radiación en un modesto edificio del campus que dirigió hasta su muerte, y es cuando comenzó a reunir a un brillante equipo de físicos, químicos, biólogos, ingenieros y médicos cuyas trayectorias profesionales eran fundamentales para el éxito del laboratorio.

Con este equipo, Lawrence creó el Bevatron tras haber diseñado unos cuantos con anterioridad. Según declaraciones a Público de Paul Preuss, portavoz del Laboratorio Lawrence Berkeley, "hubo una enorme variedad de aceleradores en funcionamiento en el laboratorio; sin embargo, los más notables fueron el Bevatron, el HILAC y el ciclotrón de 88 pulgadas, aún hoy en funcionamiento". Precisamente, el de 184 pulgadas, de 1942, ayudaba a la separación de isótopos de uranio y esto, supuestamente, fue utilizado para la fabricación de la bomba atómica.

En realidad, todo partió de una brillante idea de Lawrence que plasmó en un dibujo a mano alzada en 1934. En él esbozó el ciclotrón (el primer acelerador de partículas circular), así como la manera de producir las partículas de muy alta energía para desintegrar los átomos y sin necesitar altos voltajes. Realizó la primera maqueta con alambres y cera, y funcionaba: cuando Lawrence aplicó 2.000 voltios de electricidad, obtuvo proyectiles de 8.000 voltios.

El Aplastador de Átomos

Con todo ello, Lawrencequien para muchos era el que tenía la clave de la energía atómica recibió el sobrenombre de Atom Smasher (Aplastador de Átomos) y fue galardonado con el Nobel en 1939 por sus trabajos con los aceleradores de partículas. El premio le fue entregado en el mismo campus donde trabajaba, debido a que Europa estaba enfrascada en plena II Guerra Mundial.

Pero no sería hasta 1954 cuando se inaugurararía su máquina más conocida, el Bevatron, el acelerador de partículas más grande que diseñó. Con él logró probar sus hipótesis largamente perseguidas: si se disparan partículas cargadas contra un objetivo, se pueden abrir núcleos atómicos. "Su ciclotrón de 37 pulgadas en Berkeley era un monstruo para su tiempo, y fue seguido por el de 60 pulgadas, el de 184, el sincrociclotrón, el sincrotón de protones (Bevatron) Todos ellos cada vez más grandes y complejos", escribe Weinberg.

El 26 de febrero de 1993, el Bevatron llamado Bevalac desde que se unió en la década de 1970 al acelerador lineal SuperHILAC para investigaciones nucleares dejó de funcionar, porque había sido superado en prestaciones por otras instalaciones alrededor del mundo. En su trayectoria de 40 años dejó en la Universidad de Berkeley cuatro premios Nobel y un largo listado de avances en diferentes campos: física de partículas de alta energía, física de iones nucleares pesados, investigación médica y partículas pesadas en el espacio.

Un sinfín de aplicaciones

Respecto a la medicina, se utilizaron los haces de iones pesados del acelerador para destruir tumores y tratar el melanoma ocular o las malformaciones arteriovenosas en el cerebro. También se utilizaron esos haces del Bevatron y del SuperHILAC para imitar las condiciones que los astronautas podrían encontrar en la Luna, Marte o en sus viajes interplanetarios, y así calibrar mejor los equipos electrónicos.

Además, el acelerador sirvió para descubrir las llamadas resonancias, lo cual dio como resultado las teorías que llevaron en la década de 1960 al desarrollo del modelo de los quarks y al modo que aún hoy explica la naturaleza de la materia.

Ahora, el gran edificio que albergaba el Bevatron se está desarmando y convirtiendo en chatarrra. Se prevé que para dentro de un año habrá desaparecido. Las piezas del acelerador y su recubrimiento tienen una cantidad baja de radiactividad, por lo que esa pequeña porción de restos será vigilada muy de cerca por las autoridades estadounidenses para evitar cualquier tipo de contaminación del medio ambiente, y se tratarán de manera adecuada.

Según explica Preuss, a los bloques de hormigón que servían de aislamiento y a otras piezas de la estructura que no presentan radiactividad les espera un destino más prosaico: "El resto de material, la parte no radiactiva, que es la mayoría, será reciclado para construir carreteras".

Ciencia para la guerra y para la paz

La ciencia atómica desarrollada por el ‘Aplastador de Átomos’, Ernest O. Lawrence, fue clave en el desarrollo del Proyecto Manhattan, destinado a construir la bomba nuclear. Lawrence aportó la separación de isótopos de uranio y atrajo al proyecto a Robert Oppenheimer, que asumiría la dirección científica.

l legado de Lawrence sigue hoy presente en el mayor acelerador construido hasta ahora, el Gran Colisionador de Hadrones (LHC). Según Paul Preuss, del Laboratorio Lawrence Berkeley, la diferencia entre el Bevatron y el LHC está en el tamaño y en la energía que este es capaz de generar: “El Bevatron producía un único haz débil de protones de 6,5 GeV y se alojaba en un edificio del tamaño de un hangar, mientras que el LHC genera dos potentes haces de protones de 7 TeV cada uno –1.000 veces más que el Bevatron– que chocan entre sí y su tamaño es mayor”.

En el fondo, dice Preuss, las dos máquinas son iguales “porque el objetivo de ambas es o era la investigación con partículas fundamentales. En ambas se hicieron y se harán importantes descubrimientos, que estarán separados por más de 50 años de progreso científico”.