El futuro de la física de altas energías en Europa

La cancelación en 1993 del colisionador SSC (87.1 km y 20 TeV) provocó que EE UU cediera el liderazgo mundial de la física de altas energías a Europa. La cuestión fue política, más que científica. Europa tiene que decidir ahora si cede el testigo a China, con sus futuros CEPC (100 km y 240 GeV) y SPPC (100 km y 75 TeV). En su caso perderá su liderazgo en esta área, lo que supondrá un varapalo para la física de altas energías en occidente. La decisión se tiene que tomar pronto, pues la construcción del futuro colisionador FCC (100 km y 100 TeV) exigirá unos 20 años. ¿Quién liderará la física de altas energías a partir de 2040?

Un hito para la toma de la decisión europea será el Open Symposium que se celebrará en Granada, España, del 13 al 16 de mayo de 2019 [web]. El borrador de la estrategia se definirá en Bad Honnef, Alemania, del 20 al 24 de enero de 2020. A día de hoy parece que hay tres opciones. Por un lado, el futuro FCC, que se iniciaría como FCC-ee (100 km y 365 GeV), para pasar luego a FCC-hh (100 km y 100 TeV). Por otro lado, el HE-LHC (27 km y 27 TeV) como reemplazo del próximo HL-LHC (27 km y 14 TeV). Y por último el colisionador lineal CLIC (11 km y 380 GeV), en el que competimos contra Japón. Más allá de estas tres opciones se puede seguir la senda de EE UU y centrar la física de altas energías europea en la física de los neutrinos, la física de alta precisión en el CERN y las observaciones astrofísicas mediante rayos cósmicos.

Me gustaría recordar que el LHC ha sido todo un éxito. No solo por el descubrimiento del Higgs, los tetraquarks y pentaquarks, y la caracterización con precisión del modelo estándar. Además, hay tecnología de frontera, con aplicaciones en biomedicina, nuevos materiales y otras áreas, que nunca se desarrollaría sin el motor de los colisionadores. Quien afirma que se podría obligar a las mejores mentes a desarrollar dicha tecnología, sin prometerles que su trabajo servirá para desvelar los secretos del universo, yerran el tiro. Las mejores mentes no están interesadas en el dinero per se. Si lo estuvieran se dedicarían a los negocios y no a la física fundamental.

Más aún, sin un nuevo supercolisionador hay muchas cosas que nunca podremos descubrir. Por ejemplo, el futuro del universo, que requiere conocer el potencial del campo de Higgs, lo que exige producir varios Higgs en la misma colisión. Ni el LHC ni el HL-LHC pueden lograrlo con éxito. Necesitamos una fábrica de Higgs con una energía suficiente, o un nuevo supercolisionador. El modelo estándar es muy rico en su fenomenología y solo hemos explorado una pequeña parte.

Sobre la cancelación del SSC te recomiendo leer David Appell, “The Supercollider That Never Was,” Scientific American, 15 Oct 2013. Sobre la necesidad de un nuevo supercolisionador recomiendo Tommaso Dorigo, “Why We Need A New Collider,” AQDS, 31 Dec 2018; “False Claims In Particle Physics,” AQDS, 20 Jan 2019; y “One More Thing About The Myth Of The Desert,” AQDS, 21 Jan 2019. Sobre las aplicaciones tecnológicas de los colisionadores recomiendo “How particle physics improves your life”, Symmetry Magazine, 26 Mar 2013.

Quienes prefieren la opinión contraria, recomiendo las críticas de la física teórica especializada en gravitación cuántica, no en física de partículas, Sabine Hossenfelder, “The Uncertain Future of Particle Physics,” The New York Times, 23 Jan 2019; “Particle physicists want money for bigger collider,” Backreaction, 16 Jan 2019; y “Particle physics may have reached the end of the line,” Backreaction, 22 Jan 2019. Una opinión intermedia es la de Peter Woit, “Should the Europeans Give Up?” Not Even Wrong, 22 Jan 2019.



20 Comentarios

  1. La cuestión es si ese mismo dinero no se puede invertir en otros proyectos científicos con mejor retorno esperado (tanto científico como tecnológico), como por ejemplo, enviar gente a Marte (probablemente no), hacer un telescopio espacial mas grande, investigación en nanomateriales, etc.

    1. Que yo sepa, viajar humanos a Marte va a tener menos retorno científico que simplemente mandar sondas, enviar humanos a marte básicamente va a servir para probar que se puede y para decir quien fue el primero.

      Y sobre los otros puntos que propones, se pueden hacer en paralelo, no tienen que ser excluyentes desde el punto de vista de los fondos

      1. Obviamente es lo mismo mandar un ordenador que una persona al espacio profundo, no hay ninguna tecnologia ni reto que desarrollar y que pueda aportar nada a la futura “conquista del espacio”.

  2. Si “las mejores mentes no están interesadas en el dinero per se”, sino en “desvelar los secretos del universo”, tanto da que el velo lo aparte un experimento chino, financiado por la que en 2040 será primera potencia económica. Así que la cuestión no es solo si la física de partículas aprovechará los datos que produzca un acelerador de 100 km, ni siquiera si se va a construir (salvo que a los chinos finalmente también les parezca mejor invertir en otra cosa), sino de quién se pone al volante.

  3. En mi opinión no es bueno que un sistema político un tanto autocrático sea el poseedor de un instrumento de tal calibre.
    Que construyan ellos lo que quieran, pero también en Occidente, en EEUU o en UE o donde sea. La Ciencia ha de estar por encima de la Política.
    Saludos.

    1. Pues al decir eso estás poniendo la política primero. No creo que le haga ningún mal a nadie que ellos, sea cual sea su sistema tengan ese instrumento.

  4. Preguntas “sociológicas” y muy ingenuas más que científicas (supongo que no se pueden contestar):

    Me parece muy sensato lo que dice Dorigo (en el post que Francis adjunta) sobre lo conveniente que es un colisionador de muones como “fábrica de bosones de Higgs” si de estudiar la física de precisión del Higgs se trata (me extraña su falta de entusiasmo por el ILC). Parece muy razonable la postura de que esta es la línea “más ortodoxa” de avanzar en física de partículas, al menos más convincente que esperar materia oscura en los 30 Tevs, un top o higgs compuestos, nuevas fuentes de asimetría CP, neutrinos derechos ligeros, un stop en la escala electrodébil (o alguna otra señal del MSSM “natural”) y demás ideas que aparecen en la propaganda. Lo más inmediato parece ocuparse con los autoacoplos del higgs o los canales de desintegración del bosón Z.

    Subjetivo, pero parece razonable.

    ¿Es la variedad de experimentos (protón-protón, electrón-positrón, protón-electrón, ion-ion etc.) lo que hace más “atractivo” el FCC para la unión europea en contra de algo como el ILC o un hipotético colisionador de muones?, ¿Realmente hay alguna “ventaja” puntual del FCC contra el ILC como fábrica de bosones de Higgs? o simplemente es que el FCC es el paso más natural y completo que puede dar la física de partículas europea (en el sentido de completar y mantener vigente el LHC).

    1. Ramiro, un colisionador de muones es uno de los objetivos de Fermilab (usar el túnel de Tevatrón para uno de 500 GeV y luego para la segunda mitad del siglo XXI un túnel similar al de LHC para uno de 4 TeV). Esta tecnología está muy retrasada y ahora mismo plantearse uno en el CERN para 2040 es un poco utópico.

    1. Poner a un personaje como Sabine para elquilibrar una balanza… nunca puede ser bueno. No se debería ser equidistante entre mediocres con agenda política en un lado …y ciencia en el otro.
      Que se vea como normal y deseable esa equidistancia por parte del público y lectores (“la masa”, y me incluyo en ella) es uno de los problemas de nuestra sociedad con los “-ismos” en general.

      Lubos Motl le da un buen repaso a “la personaja” esta y recomiendo su lectura:
      https://motls.blogspot.com/2019/01/nyt-anti-hep-rant-by-hossenfelder.html

  5. Hay mucho más que ciencia en estos proyectos: colaboración internacional, respeto, y sobre todo una motivación directa para que los jóvenes estudien física o ingeniería.

  6. Creo que en este tipo de discusiones, cuando nos empezamos a preocupar por cosas como el “liderazgo”, dejamos un poco de lado la ciencia. Dentro de 300 años poco le va a importar a la gente de dónde eran los que descubrieron tal cosa. Como pasa hoy en día con científicos de la antigüedad, es hasta probable que esos países en los que están ni siquiera existan entonces, a como muchos países de hoy en día no existían como tales hace 300 años. Si algo han demostrado precisamente el CERN y la estación espacial internacional, es que cuando los países se dejan de pelear por quién es “el líder” y trabajan juntos por un objetivo común, pueden llegar muy muy lejos. En mi opinión, lo mejor que podría hacer Europa es colaborar con China en un acelerador. Con el dinero y experiencia de ambos se podría lograr una máquina aun más impresionante. Si no, construir cada uno la suya, pero en sinergia, de forma que puedan trabajar juntas complementándose y no compitiendo. Pero bueno, a estas alturas el orgullo y el patriotismo a algunos aun les puede más que la ciencia. Esté en China o en Europa, la física va a ser la misma y todos nos vamos a beneficiar de ese conocimiento en algún momento.

    1. Me llegan rumores (sin confirmar pero de buena fuente) que el ILC no se construira en Japon finalmente, auqnue los japoneses no han dicho nada todavia. En cualquier caso los de CLIC estan preparados por si suena la flauta.

      En cuanto al FCC, el mayor coste que veo es el tunel, es muy grande y eso hace que sea muuuuy caro. Yo no veo bien ceder el liderazgo a los chinos, no porque sean chinos, sino porque de ahi van a salir bastantes avances tecnologicos y no los veo compartiendolos. Imaginemos un avance en superconductividad (no creo que logren superconductividad a temperatura ambiente mañana, pero todo es soñar). Alguien cree que van a regalar eso al mundo? Lo van a comercializar como locos, y nosotros a comprarles la tecnologia o a ir por detras de ellos. Y si nos metemos en electronica de THz, comunicaciones o lo que querais, sera igual. Necesitamos un CERN que nos de avances porque los chinos no nos los van a regalar gratuitamente.

      Y por aportar datos, se calcula que el ROI del CERN a 9 años (creo que son 9) es alrededor de 3 o 4 veces lo invertido, ademas de toda la formacion que da a los fisicos e ingenieros que luego entran en la industria. Tiene su sentido tener algo asi y gastarse dinero en este tema.

      Y para comparar ocn un viaje a Marte o temas de la ESA, no estoy capacitado, yo creo que tambien la necesitamos y no es mejor o peor que el CERN, salvo porque me mola mas la fisica de particulas que el espacio 😉

      1. ¿Y acaso Europa no vende sus inventos también? ¿O es que las empresas tecnológicas europeas van regalando sus avances por el mundo? Si, del CERN han salido algunas cosas que han sido “gratis” para todos. Pero igual las empresas que desarrollen esas tecnologías en Europa, las comercializarán, no será todo un regalo para la humanidad. Con mucha más razón, la cooperación entre todos puede ayudar a compensar un poco esas situaciones. Si todos se juntaran para hacer una máquina más poderosa, o al menos diferentes máquinas diseñadas para trabajar en conjunto como un solo proyecto, todos podrían beneficiarse de los avances de los demás.

        1. Sí, sé a dónde vas y en un mundo ideal yo te apoyaría al 200%.

          Como bien dices, el CERN (o lo que sea) da algo “gratis” a la sociedad a través de las empresas y nosotros se la compramos a las empresas. El problema es que los chinos se lo dan a sus empresas, que están totalmente controladas por el gobierno chino. En la práctica le dan la tecnología al gobierno chino. A mí me da mucho miedo que un tío como Xi Jingpin controle una o varias tecnologías que nosotros no tenemos.

          Y hablando de colaboración internacional, eso es lo que se busca en el ITER, todos los miembros tienen acceso a toda la tecnología. Sobre el papel funciona muy bien, y a mí me gusta mucho. En la práctica es muy ineficiente por toda la política que hay en todo esto. Igual es el precio que tenemos que pagar por colaborar, que no me parece nada caro, pero no es un sistema perfecto.

          1. ITER es un ejemplo, pero hay otros, desde la ISS a grandes conjuntos de radiotelescopios como ALMA y SKA. Precisamente ese tipo de proyectos garantizarían que los chinos o quien sea no se queden la tecnolgía para ellos solos. Y pues no parece tan aterrador en perspectiva que ciertos paises dominen ciertas tecnologías y los demás no…en el mundo hay más de 200 paises y las tecnologías mas punteras las “poseen” menos del 10%. Lo que pasa es que solo da miedo cuando es el propio país el que se queda atrás, pero si el país de uno domina algo y los demás no, eso si está muy bien. Como alguien que ha vivido la mayor parte de su vida en países que no desarrollan mucha tecnología por si mismos, es que siento que el compartir el conocimiento y llevar a cabo proyectos donde participen los más que se pueda debería ser prioridad. Y como digo, lno es necesariamente un mundo ideal, ya se está haciendo en ciencia, el mismo CERN, ALMA, SKA, la ISS, son una prueba de que cuando se coopera en vez de competir, se llega a cosas muy grandes.

  7. Pues a mi me parece demasiado dinero, no digo que el nuevo acelerador no sea interesante e incluso necesario para seguir avanzando en la física de partículas, pero es mucho dinero y hay que pensarlo muy bien. Si finalmente se realiza nos vamos a hipotecar para mucho tiempo y vamos a dejar de invertir en otros campos, les dejo la decisión a los expertos, pero con todo ese dinero se podrían hacer muchas cosas de gran ciencia.. como siempre pasa, los implicados directamente dirán que es vital y fundamental construirlo.. al menos espero que la decisión sea meditada y participen muchas mentes de otros campos y que entre todos, tomen la decisión más acertada.

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Por Francisco R. Villatoro
Publicado el ⌚ 25 enero, 2019
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