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Tecnologías del día a día que nacieron en el CERN

60 años después de su puesta en marcha, el acelerador de partículas del CERN (Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire o Consejo Europeo para la Investigación Nuclear en castellano) ha dejado un enorme poso en forma de grandes adelantos que se usan en el día a día.

Pero antes de nada, ¿qué es un acelerador de partículas? A la escala de los que se utilizan en el CERN, un acelerador de partículas es, por así decirlo, una “máquina del tiempo”. El modelo del Big Bang postula que el universo se originó en un más que minúsculo espacio, denso y caliente, que comenzó a expandirse y se fue diluyendo a medida que el universo crecía. En los 27 kilómetros de largo del acelerador LHC (Large Halidron Collider) se lanzan partículas a altísimas velocidades. “Los imanes del interior – explica Luca Fiorini, físico del CERN – aceleran las partículas cada vez a mayor velocidad, repeliendo y atrayéndolas alternativamente, como unas lianas de Tarzán pero a escala microscópica, hasta conseguir que alcancen un 99,9998% de la velocidad de la luz. Cuando los aceleradores hacen chocar las partículas a altas energías están recreando aquel momento del Big Bang y, a mayor velocidad, más atrás en el tiempo podemos viajar. Actualmente estamos a una fracción tan ínfima antes del Big Bang que prácticamente no hay nada en la naturaleza que ocurra a esa velocidad: nos falta una billonésima parte de segundo para alcanzar el origen”.

El modelo del Big Bang postula que el universo se originó en un más que minúsculo espacio, denso y caliente, que comenzó a expandirse y se fue diluyendo a medida que el universo crecía

Eso es lo que hace un acelerador de partículas a gran escala. Sin embargo el CERN no solo se usa para este fin y tras seis décadas de experimentos los científicos han conseguido por ejemplo temperaturas extremadamente bajas (de apenas 3ºC por encima del cero absoluto, la más baja jamás registrada en la Tierra) y la más alta “igual a 100.00 veces la temperatura del centro del Sol – añade Fiorini – , la mayor temperatura creada por el ser humano”. Los logros se extienden a todas las ramas del conocimiento, desde la informática, hasta la medicina.

De hecho, uno de los departamentos más activos y menos conocidos del CERN es el de Transferencia Tecnológica. Allí luchan porque todos los hallazgos realizados casi a diario, tengan una aplicación práctica. De acuerdo con Aurélie Pezous, Oficial de Transferencia de Conocimientos del CERN, “siempre es satisfactorio ver que nuestro trabajo aprovecha los beneficios para las personas alrededor del mundo. Las aplicaciones en la vida real estimulan nuestros esfuerzos para llegar aún más lejos”. Y cuando Pezous habla de la vida real, se refiere exactamente a eso: la mayoría de los proyectos concebidos o desarrollados en el CERN se publican bajo la licencia de hardware y software abierto de este centro de investigación. Lo que significa que cualquier investigador tiene acceso a él, facilitando el conocimiento y… acelerando la innovación.

Los físicos del proyecto ATLAS evalúan las predicciones del Modelo Estándar, que resume nuestra comprensión actual de cuáles son los componentes básicos de la materia y cómo interactúan.

El nacimiento de la World Wide Web en el CERN

En el CERN, cada segundo, los ordenadores procesan una cantidad de información equivalente a la contenida en 200.000 DVD: se requiere una enorme cantidad de expertos capaces de cribar el oro del lodo y muchos desarrollan fuera de las paredes del CERN. Para resolver este dilema, ya a finales de siglo pasado, algunos ordenadores del mundo estaban conectados entre sí con el propósito de transmitirse datos, se trataba de una red que unía instituciones y universidades. En 1989, el científico británico Tim Berners Lee, por entonces en el CERN, quiso extender esta red y redactó un informe en el cual sugería que se creara un “sistema de hipertexto distribuido”, la semilla del hyper text transfer protocol o http. Su jefe lo leyó y respondió, textualmente: “Impreciso, pero emocionante” y le dijo que si quería podía desarrollarlo, pero en sus horas libres. Berners Lee obviamente lo hizo y en 1993 todo el software se subió como dominio público a la web del CERN para que cualquiera pudiera acceder a él. Así nació la World Wide Web (WWW), posiblemente una de las creaciones más conocidas vinculadas a este centro de investigación.

El cuerpo humano, como objeto de estudio y de arte

Desde el descubrimiento de los rayos X en 1895, muchos de los avances en física se utilizan para mejorar las técnicas de diagnóstico y terapia en el mundo de la medicina. La Tomografía por Emisión de Positrones (más conocida por las siglas PET) es un ejemplo de ello. Del mismo modo que los aceleradores del CERN analizan las colisiones de las partículas para comprender su estructura, en las PET las colisiones tienen lugar en nuestro cuerpo. A los pacientes que se someten a este tipo de tomografía se les inyecta un marcador radiactivo que es absorbido por los tejidos de modo que el isótopo emite positrones, los gemelos antimateria de los electrones. Estos positrones chocan con los electrones y en la colisión se crean fotones que son precisamente los que detecta la tomografía PET, lo que permite construir una una imagen de los procesos metabólicos que se producen en el cuerpo, como los tumores cancerosos. Gracias a este avance se ha conseguido obtener imágenes mucho más detalladas del interior del cuerpo humano.

cuando colisionan las partículas aceleradas en el CERN, como dos haces de iones de plomo, se generan temperaturas 100.000 veces más calientes que el corazón del Sol.

Una herramienta para analizar obras de arte

No todos los aceleradores tienen 27 kilómetros de largo, de hecho el CERN ha concebido uno (basado en la técnica de emisión de rayos X inducida por protones, PIXE) que cuenta con apenas un metro de longitud y un consumo equivalente al de una nevera. ¿Para qué se usa? Del mismo modo que los aceleradores usados en un PET permiten ver el interior del cuerpo humano de modo no invasivo, PIXE se utiliza para analizar obras de arte que requieren un análisis in situ y no invasivo. Gracias a ello se sabe qué zonas pueden estar afectadas por hongos, el paso del tiempo, reconocer qué tipos de elementos usaba el artista para conseguir diferentes tonos, etc.

La colaboración conocida como MACHINA se creó para conseguir diferenciar de manera científica una obra maestra y una falsificación.

Pero PIXE no es la única alianza existente entre el CERN y los museos. MACHINA es una colaboración destinada a diferenciar entre una obra maestra y una falsificación, por más buena que sea. Este dispositivo, más pequeño aún que PIXE, ha sido utilizado en Opificio delle Pietre Dure (OPD, literalmente Taller de piedras semi preciosas) en Florencia, uno de los institutos más importantes del mundo en restauración de arte, para comprender qué ocultan ciertas pinturas.

Sin salir del ámbito de la conservación de obras de arte y de la restauración, el CERN también ha sido determinante en el desarrollo de Medipix, una familia de microchips que se utilizan como una cámara. Su funcionamiento es “sencillo”: los microchips detectan cada partícula que recibe luz en un material. Esto permite crear un mapa de altísima resolución, alto contraste y sin ruido, una técnica perfecta para restauradores, galerías, casas de subastas y otros expertos en el campo de los estudios de arte. Uno de los miembros de la familia Medipix ha ido más lejos del arte y se ha metido de lleno en la medicina, para revolucionarla. Se trata de Medipix3 y ha conseguido, por primera vez, una imagen de rayos X en colores y en tres dimensiones, lo que permite identificar con gran precisión todo tipo de tejidos y realizar diagnósticos más precisos.


Ciencia para usar mejor el agua

El agua es un bien finito y cada vez somos más conscientes de ello. Pero el uso que hacemos de ella no es muy eficaz. De acuerdo con la Organización de las Naciones Unidas para la Alimentación y la Agricultura (FAO) un 80% de toda el agua utilizada por la humanidad se destina a la irrigación y esta cifra debería reducirse mediante técnicas más efectivas. El CERN lleva casi un lustro trabajando en un proyecto de investigación para desarrollar un sistema de riego optimizado. Los sensores usados en los aceleradores para medir con altísima precisión partículas subatómicas, son capaces de analizar parámetros tales como temperatura, humedad, concentración de pesticidas, fertilizantes y enzimas en suelos cultivados y comparar las necesidades de sectores con diferentes necesidades, aunque estén a solo metros de distancia. El sistema, lanzado por el UK Lebanon Tech Hub (UKLTH), ayudará a construir una agricultura sostenible gracias a una reducción en el uso de agua, pesticidas y fertilizantes y un aumento en el rendimiento de los cultivos.

Uno de los objetivos del CERN es conseguir un mejor uso del agua en la agricultura.

Más seguridad en los aviones

La capacidad del CERN para procesar cantidades monumentales de información no es solo cuestión de potencia, sino también de delicadeza. Para ello han desarrollado algoritmos capaces de detectar cambios nimios pero cuya progresión podría conducir a efectos importantes. Este conocimiento lo han aplicado InnoGex (uno de los departamentos de transferencia tecnológica del CERN) y la empresa SAFETYN con el propósito de mejorar la seguridad de la aviación general, reducir el número de accidentes y hacer un uso más efectivo de las rutas y del combustible. La tecnología concebida por SAFETYN e InnoGex procesa toda la información de los sensores y dispositivos de un avión y analiza en detalle aquellos seleccionados previamente, teniendo en cuenta el tipo de avión, la ruta, la cantidad de pasajeros, la carga, comparativas con naves similares, etc. Obviamente toda la información obtenida se comparte para crear una biblioteca accesible en cualquier momento y con respuestas para casi todo. La meta, según explican sus responsables, es desarrollar un sistema que actúe como el ángel guardián del piloto.

En total, la página de transferencia tecnológica del CERN, incluye decenas de innovaciones hechas desde el año 2000, una pequeña porción de las que vendrán en los próximos años para seguir cambiándonos la vida. Y que sea por muchos años más.