El 16 de septiembre de 2015, a las 19:54 horas, un terremoto 8.4 azotaba la zona Centro-Norte de Chile. Debido a su magnitud, el sismo no sólo se sintió en Illapel (el epicentro) y sus alrededores, sino que incluso en ciudades a un par de miles de kilómetros de distancia, como Buenos Aires y Sao Paulo.
Sim embargo, el terremoto repercutió también en un lugar muchísimo más lejano, a casi 12.000 kilómetros de distancia, y con un océano de por medio: Ginebra, Suiza. En particular, en el Gran Colisionador de Hadrones, más conocido por sus siglas en inglés: LHC.
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En un principio, suena completamente increíble. Si bien es esperable que un terremoto de dicha magnitud se sienta en ciudades y países vecinos al epicentro, que logre detectarse en Europa es algo casi incomprensible. Así fue para mí, de hecho, cuando vi la entrada en la bitácora del LHC para ese día (click para agrandar):
Izquierda: Terremoto en Chile
Alrededor de las 2:00 AM (hora local) el equipo de operaciones notó que el haz (al ser inyectado) se movía radialmente, a pesar de que la modulación no estaba activada. Sospecharon un mal funcionamiento en los sistemas de tiempo real, intentaron algunas cosas y después desapareció…
Justo después de las 7:00 AM (hora local) en el cambio de turno, el equipo nuevamente notó una modulación de la posición radial y un tiempo de duración de oscilación. De nuevo se sospechó sobre los sistemas de tiempo real. Cuando me llamaron y miré los datos, dije en broma «esto se parece al terremoto de Costa Rica» sin saber que un terremoto había azotado Chile.
Derecha: Ejemplo del efecto en la órbita (evento 1)
Cambio en la órbita radial del LHC entre las 01:45 y las 02:15 (23:45 – 24:15 UTC). LHC en energía de inyección. La amplitud radial es grande (3 veces más grande que para el evento de Costa Rica, 200 micrones).
Aproximadamente 1 hora después del terremoto magnitud 8.3, lo que se ajusta aproximadamente a una estimación simple basada en una distancia de 12.000 kilómetros a una velocidad de 4 km/s. El período es ~25 segundos.
Leer la bitácora, por lo menos para mí, no hace mucho sentido: al ser un documento interno del LHC (presentado en sus reuniones diarias), lo importante es que lo entiendan los científicos que ahí trabajan, no el público, ya que no es material diseñado para el público general.
Sin embargo, la curiosidad de saber cuál era la característica del terremoto que causaba la variación en las partículas del LHC me llevó a contactar directamente a Jorg Wenninger, el autor de la bitácora de ese día. El es ingeniero, y el operador del LHC que estaba presente en el momento en que se produjeron las perturbaciones. El Sr. Wenninger explicó, de manera clara y sencilla, qué tipo de cosas (algunas increíbles) pueden llegar a afectar el funcionamiento del LHC, y por qué los terremotos también lo afectan.
A continuación les presento las explicaciones que entregó el Sr. Wenninger, junto con un poco de contexto para entender qué es la «órbita radial» del LHC.
¿Qué se detecta en el LHC?
El LHC es un acelerador de partículas, nombre que no podría ser más certero: lo que hacen es acelerar partículas y hacerlas chocar. El LHC es un túnel circunferencial de 27 kilómetros de largo, ubicado casi 200 metros bajo tierra, justo en la frontera entre Francia y Suiza. Por él, las partículas se hacen viajar y chocar a velocidades enormes, cercanas incluso a la velocidad de la luz.
El LHC puede ser considerado como un anillo circular. Los rayos de partículas que viajan por su interior son mantenidos en sus órbitas circulares justo por el centro del anillo. Es decir, cada partícula que viaja por el LHC sigue una trayectoria fija y completamente centrada. Esto, debido a que la trayectoria de las partículas debe estar perfectamente determinada y ajustada, de modo que los haces de partículas puedan chocar: estos choques son los principales experimentos que se realizan en este colisionador. Gracias a esto, también, se sabe que las partículas recorren una distancia exacta, la misma en cada vuelta al LHC.
Este recorrido es lo que se llama la órbita radial de las partículas, dentro del colisionador. Cuando en la bitácora se refieren a la órbita radial del LHC, se refieren a esta órbita que sigue un haz de partículas en su interior.
¿Qué puede perturbar las órbitas de las partículas?
Los instrumentos utilizados para mantener las partículas justo en el centro del túnel funcionan con energía electromagnética, y son extremadamente sensibles. Cualquier perturbación sobre ellos generará que se desequilibren y, como resultado, que las órbitas de las partículas no sean perfectamente circulares: las partículas se desplazarán hacia afuera o hacia adentro de la circunferencia que deberían seguir. Estas desviaciones son detectadas por el equipo del LHC en las revisiones diarias que realizan de sus mediciones.
En los experimentos previos a la construcción del LHC, se determinó que las mareas del océano afectarían el funcionamiento del colisionador. Esto, debido a que las mareas en nuestro planeta se generan debido al movimiento de la Luna. La Luna, al moverse alrededor de nuestro planeta, genera las llamadas fuerzas de marea. Lo que hacen estas fuerzas es deformar la corteza terrestre: la Tierra es, literalmente, deformada por la fuerza de gravedad de la Luna. Este efecto no lo vemos directamente, pero si lo notamos en las variaciones cíclicas de las mareas según la posición de la Luna.
Los instrumentos del LHC son tan sensibles, que la fuerza de gravedad generada por la Luna también los afecta a ellos. Sin embargo, este efecto está perfectamente calculado (las mareas generan desviaciones de alrededor de 1 mm en las órbitas), y los operadores del LHC saben cuándo y cómo ajustar los procesos para que no hayan interferencias.
Sin embargo, una vez que el LHC comenzó a funcionar, se detectaron nuevas perturbaciones inesperadas. Primero, ciertas corrientes de agua subterráneas, cercanas al sitio del LHC, generaban desviaciones en las órbitas que llegaban a los 2 mm por año. Este efecto también se logró cuantificar y corregir. Después, apareció una nueva interferencia, que no se sabía de dónde provenía. Cuando notaron que la interferencia se producía sólo durante el día, los científicos comenzaron a sospechar que podía deberse a actividad humana. Y tenían razón: la línea de trenes francesa DC generaba interferencias al presentar corrientes eléctricas vagabundas en sus rieles. Una vez más, el efecto pudo ser cuantificado y corregido.
¿Cómo afectan, entonces, los terremotos?
Como pueden ver, cualquier variación mínima en los instrumentos del LHC logra afectar las órbitas de las partículas. Lo que ocurre en el caso de los terremotos es similar a la Luna y las mareas. Tal como la fuerza de gravedad de la Luna logra deformar la corteza terrestre, un terremoto también lo hace. Si bien el terremoto propiamente tal no se va a detectar a 12.000 kilómetros de distancia, la deformación en la corteza si puede repercutir. Es un tipo de variación similar al que genera la Luna, pero de una magnitud mucho menor. Es esta deformación de la superficie de la Tierra, generada por el terremoto, lo que el LHC detecta, y lo que altera la órbita de las partículas en su interior.
El primer registro de un terremoto alterando la órbita del LHC corresponde a un terremoto 6.0 en el norte de Italia, el 20 de mayo de 2012. En esa ocasión hubo alteraciones en la órbita de las partículas, pero no fueron detectadas en el momento, sino que se observaron al revisar los datos al día siguiente. Al ser un lugar geográficamente cercano al LHC, estas variaciones eran esperadas.
El siguiente registro fue más misterioso: al revisar los resultados de los experimentos del día anterior, los científicos del LHC observaron que las órbitas habían sufrido perturbaciones, pero no sabían a qué se debían. Comparando con datos previos, notaron que las perturbaciones eran similares a las del terremoto de Italia. Entonces descubrieron que un terremoto 7.6 en Costa Rica, el 5 de septiembre de 2012, coincidía con dicha perturbación.
El terremoto 8.4 de septiembre de 2015 en Chile ha sido el único que se ha detectado en vivo en el LHC. Los operadores en ese momento observaron las perturbaciones (que en un principio atribuyeron a problemas con sus equipos) y, como se ve en la bitácora, incluso bromearon con que «parecía otro evento como el de Costa Rica». Y estaban en lo correcto: unas horas después, notaron que la detección de perturbaciones había ocurrido algunos minutos después del terremoto, y nuevas perturbaciones aparecieron después de una fuerte réplica. Además, el terremoto chileno tuvo otro récord: fue el evento geológico que ha causado mayor desviaciones de la órbita del LHC hasta el momento, 0.2 mm de variación.
BONUS: ¿Puede entonces el LHC causar terremotos?
Absolutamente no. El LHC no causa terremotos, ni ningún otro tipo de desastre natural. Que un terremoto cause perturbaciones en el LHC no tiene relación alguna con que se de el efecto inverso. Como ya explicamos, son perturbaciones externas las que afectan los instrumentos del LHC y causan las variaciones en la órbita de las partículas.
No hay forma alguna en que la energía utilizada para mover las partículas del LHC pase a la corteza terrestre y cause terremotos. Todas las perturbaciones medidas en el LHC debido a terremotos ocurren varios minutos después del evento, por lo que es el terremoto el que causa el comportamiento extraño del LHC, y no al revés.
Desde Primer Fotón agradecemos (aunque sea simbólicamente) al área de prensa del CERN y a Jorg Wenninger, que hicieron posible este artículo con sus completas y claras explicaciones 🙂