Conferència de l'Astronòmica de Sabadell. Àngel Massallé, 26 de novembre de 2025.
Per començar, recordar-vos que aquest viatge, com acostumem a fer moltes vegades en els viatges que organitza l’Agrupació, es va preparar amb dos formats.
La primera alternativa era sortir una setmana abans del dia previst per a la visita al CERN, per poder fer una volta per Suïssa utilitzant els seus famosos trens i vaixells panoràmics, així com funiculars, cremalleres i telefèrics, i pujar al Jungfraujoch (3.454 m) i al Gornergrat (3.089 m). La sort ens va acompanyar: vam tenir uns dies espectaculars de bon temps en ambdues ascensions, cosa que ens va permetre contemplar les grans muntanyes —l’Eiger (3.970 m), el Mönch (4.099 m) i la Jungfrau (4.158 m)—, l’Observatori Sphinx (centre de recerca atmosfèrica i astronòmica que forma part del Global Atmosphere Watch) i, en el segon cas, el Matterhorn o Cerví (4.478 m), el Mont Rosa (4.634 m), l’Observatori Gornergrat (3.120 m) —l’observatori astronòmic més alt d’Europa— i la glacera Gorner, una de les més grans dels Alps.
També vam fer una sèrie de visites amb tocs científics que ara us resumiré breument. El segon grup, en canvi, va anar directament a Ginebra per a la visita al CERN.
Abans d’endinsar-nos en aquesta visita, unes pinzellades ràpides d’alguns llocs de caràcter científic que vam veure. Vam començar per l’Escola Federal Politècnica de Zuric (la coneguda Universitat Pública de Zuric), on Albert Einstein va estudiar entre els 17 i els 21 anys i on hi tornaria com a professor el 1912, quan en tenia 33. Allà es conserva la seva taquilla d’estudiant, avui convertida en una petita peça de museu amb documents, fotografies i informació sobre la seva vida com a estudiant.
A Berna vam visitar la casa on Einstein va viure amb la seva esposa Mileva Marić i el seu fill petit Hans Albert, al carrer Kramgasse, 49, a escassos 200 metres de la famosa Torre del Rellotge. Una placa recorda: «En aquesta casa, Albert Einstein, entre 1903 i 1905, va crear el seu tractat fonamental sobre la teoria de la relativitat».
Figura 1. Placa de la casa on van viure Albert Einstein y Mileva Maric
Un altre indret molt interessant va ser el Museu Omega de Biel/Bienne, on vam poder veure els rellotges Omega Speedmaster que van portar els astronautes que van trepitjar la Lluna en les missions Apollo. A l’entrada hi ha una reproducció a escala 1:1 del mòdul lunar de l’Apollo 11.
Finalment, vam tenir el plaer de visitar l’Observatori Astronòmic de Mont-Soleil, a Saint-Imier, a les muntanyes del Jura, a 1.300 m d’altitud, dins el Parc Natural Regional del Grand Chasseral i prop de la frontera francesa. És un espai de divulgació científica amb un telescopi de 43 cm d’obertura, una sala-auditori per a unes 30 persones i un planetari amb cúpula de 4,5 metres.
I ara sí, anem al plat fort: la visita al CERN.
Fa un parell de mesos, el passat 18 de setembre, un grup de 26 persones, principalment de la nostra Agrupació, vam tenir l’oportunitat de visitar un dels centres científics més fascinants del món: el CERN, a Ginebra. CERN és l’acrònim de Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire (i sí, el CERN està ple d’acrònims; els qui no n’esteu gaire fans ho passareu una mica malament).
Els nostres guies, en Ricardo (enginyer equatorià) i en Conrado (físic malagueny que hi feia el doctorat), ens van atendre de meravella. Ens van ensenyar passadissos, instal·lacions i laboratoris, però en realitat ens van regalar alguna cosa molt més gran: la sensació de tocar els límits del coneixement humà. Aquesta experiència, i crec que parlo en nom de la majoria del grup, no només ens va apropar a la frontera del coneixement, sinó que ens va fer reflexionar sobre el paper de la ciència en la nostra societat.
En aquesta conferència intentaré explicar no només què és i què fa el CERN, sinó també aquestes reflexions nascudes de visitar la màquina més gegantina i complexa que s’ha inventat i construït mai per experimentar en física fonamental.
Què és el CERN?
Va ser fundat el 29 de setembre de 1954 (ara fa 71 anys) per dotze països europeus amb l’objectiu de reconstruir la ciència europea després de la Segona Guerra Mundial i frenar la fugida de cervells cap als Estats Units. La idea va sorgir en una reunió de la UNESCO el 1951. Els estats fundadors van ser França, Alemanya Occidental, Regne Unit, Itàlia, Suïssa, Dinamarca, Bèlgica, Països Baixos, Suècia, Noruega, Grècia i l’antiga Iugoslàvia. La idea va sorgir en una reunió de la UNESCO el 1951, com a resposta a la fuga de cervells cap als EUA i per fomentar la unitat científica europea.
El primer accelerador, el Sincrociclotró, va entrar en funcionament el 1957 i, des de llavors, el CERN ha estat pioner en física de partícules.
Avui compta amb més de vint estats membres i acull científics de més de setanta països; és un autèntic model de col·laboració internacional, una mena de torre de Babel de la ciència.
La seva missió principal és entendre la composició fonamental de la matèria i les forces que regeixen l’univers mitjançant recerca de primer nivell en física fonamental. Per aconseguir-ho utilitza acceleradors de partícules que recreen condicions semblants a les del Big Bang i estudien partícules subatòmiques com quarks, leptons i bosons. Promou la ciència oberta i la pau científica, amb resultats accessibles a tota la comunitat global. Uneix persones de tot el món per empènyer les fronteres de la ciència i la tecnologia en benefici de tothom, forma noves generacions de físics, enginyers i tècnics, i involucra la societat en la recerca i els valors de la ciència.
Més de 17.500 persones d’arreu del món hi treballen. El personal fix del CERN és d’unes 2.650 persones; més de 12.200 científics de 110 nacionalitats i setanta països hi col·laboren.
I, per cert, el CERN va ser el bressol de la World Wide Web, creada per Tim Berners-Lee el 1990 per connectar els científics de tot el planeta.
El CERN està situat a la frontera entre Suïssa i França, al costat de Ginebra. La seu principal és a Meyrin (Suïssa) i té instal·lacions també a Prévessin-Moëns (França). Ocupa 6 km² i té dotze emplaçaments. La seva joia és el Gran Col·lisionador d’Hadrons (LHC), construït en el túnel circular de 27 km de circumferència (26.659 m exactes) situat a uns 100 metres de profunditat (en realitat entre 50 i 175 m, inclinat) que abans havia allotjat el LEP (1989-2000).
Actualment opera sis acceleradors i un descelerador:
- El LINAC 3 i LINAC 4, successors dels Linac 1 i del Linac 2. El Linac 3 es de 1994 i el Linac 4 es de 2020 i mesura 90 m i esta enterrat a 12 m sota terra. Es tracta de dos acceleradors lineals que generen partícules de baixa energia per injectar- les al sincrotró de protons, un s’utilitza per protons (LINAC 4) i l’altre per ions pesants (LINAC 3).
- El PS BOOSTER, de 1972, de 157 m de diàmetre, que augmenta l’energia de les partícules generades pels LINAC abans de passar-les a altres acceleradors.
- El SINCROTRÓ de PROTONS (PS), de 28 GeV, construït el 1959 i de 628 m de diàmetre, que encara s’utilitza per alimentar el mes potent SPS.
- El SUPER PROTON SYNCHROTRON (SPS), es un accelerador circular de 7 km de diàmetre, que va iniciar les seves operacions el 1976. Pot proporcionar 450 GeV i pot disposar dels seus propis feixos per investigació. Era el que alimentava d’electrons i positrons l’antic LEP i actualment injecta protons i ions pesants al LHC.
- El ON-LINE ISOTOPE MASS SEPARATOR (ISOLDE), que s’utilitza per l’estudi de nuclis inestables. Va ser construït el 1967 i millorat el 1974 i el 1992.
- El ANTIPROTON DECELERATOR (AD), creat el 1999 i de 182 metres de diàmetre, que serveix per reduir la velocitat dels antiprotons fins a un 10% de la velocitat de la llum per a recerques sobre antimatèria en condicions controlades.
- el GRAN COL·LISIONADOR D’HADRONS (GCH ó LHC, Large Hadron Collider), l’accelerador de partícules més gran i potent del món, en funcionament des del 2008 i renovat el Es troba en un túnel circular de 27 km de circumferència, situat a uns 100 metres de profunditat (en realitat aquets túnel està inclinat i va dels 50 al 175 m), està folrat de formigó i te 3,8 m d’amplada. El túnel creua la frontera entre Suïssa i França en quatre punts, i està situat majoritàriament sota de França.
Figura 2. Acceleradors del CERN
Dins del túnel de l’LHC, feixos de protons i de nuclis s’acceleren en sentits oposats i es fan col·lisionar amb energies al centre de masses de fins a 14 TeV. Això permet reproduir condicions de densitat d’energia extremadament altes, molt semblants a les que hi havia en els primers instants de l’univers, just després del Big Bang.
D’aquesta manera s’estudia l’origen de la matèria posant a prova el Model Estàndard de física de partícules, la teoria matemàtica actual que descriu el comportament de les partícules elementals i les seves interaccions.
L’acceleració i la col·lisió de partícules a alta energia generen milions de noves partícules que són detectades per set detectors principals i un d’auxiliar. Tota aquesta informació es transmet a centres de computació repartits per Europa, Àsia i Amèrica que emmagatzemen i processen les dades. Un d’aquests centres és el PIC (Port d’Informació Científica), situat al campus de la Universitat Autònoma de Barcelona, a Cerdanyola del Vallès; es tracta d’un centre tecnològic participat per la mateixa UAB, el CIEMAT, la Generalitat de Catalunya i l’Institut de Física d’Altes Energies (IFAE).
El túnel conté dues línies de feixos paral·leles (dos tubs de feix) que circulen en direccions oposades al voltant de l’anell. Per mantenir els hadrons en la seva trajectòria circular s’utilitzen 9.593 electroimants superconductors: 1.232 dipols principals de 15 metres de llargària que corben el feix i 392 quadrupols de 5 a 7 metres que l’enfoquen. En total, gairebé 9.600 electroimants, cadascun de més de 35 tones.
Com que els protons tenen càrrega positiva, quan entren en un camp magnètic experimenten la força de Lorentz, que els desvia lateralment i fa que el seu trajecte sigui circular o helicoidal segons la configuració del camp. Al LHC s’utilitzen imants dipolars per corbar el camí, quadrupols per enfocar-lo com si fossin lents òptiques, i també sextupols i octupols com a correctors de precisió. Cada imant dipolar desvia el feix 0,3°; així, cada 15 metres el feix es desvia 3,5 cm fins a completar el cercle. Just abans de les col·lisions, uns imants especials “espremen” els paquets de partícules per augmentar la probabilitat que xoquin.
Els feixos es creuen en quatre punts de l’anell, on hi ha els detectors principals i és on tenen lloc les col·lisions. Fer xocar dues partícules tan petites és comparable a disparar dues agulles des de 10 quilòmetres de distància i que es trobin exactament a mig camí.
Tot plegat requereix una quantitat d’energia enorme, però gràcies a la superconductivitat es redueix notablement. Els imants es mantenen a només 1,9 K (−271,25 °C) amb aproximadament 96 tones d’heli-4 superfluid, cosa que converteix l’LHC en la instal·lació criogènica més gran del món. L’heli s’utilitza perquè és inert, fàcil d’obtenir i no condueix l’electricitat. A aquesta temperatura els imants de niobi-titani revestit de coure esdevenen superconductors: no tenen resistència elèctrica i poden generar camps magnètics molt intensos amb molt poca energia.
A més, dins del túnel es crea un buit més profund que el de l’espai interestel·lar per evitar que els protons xoquin amb molècules d’aire. Així, l’LHC és simultàniament el lloc més fred i més buit del planeta.
Tot i això, el consum energètic és brutal: durant els mesos d’operació (de maig a mitjan desembre) l’LHC consumeix uns 200 MW i el CERN en total gasta 1,3 TWh l’any, l’equivalent al consum elèctric anual d’unes 370.000 llars catalanes.
En funcionament normal circulen dos feixos en sentits oposats. Cada feix conté 2.808 paquets de protons, i cada paquet té 1,2 × 10¹¹ protons (120.000 milions). Aquests protons donen 11.245 voltes per segon i produeixen mil milions de col·lisions per segon; en cada col·lisió xoquen aproximadament 60 protons.
Va ser precisament aquí, el 4 de juliol de 2012, on els detectors ATLAS i CMS van detectar el bosó de Higgs, la peça que, segons el Model Estàndard, dona massa a la resta de partícules.
L’accelerador té quatre detectors principals, cadascun amb el seu propi edifici en superfície que allotja compressors, ventilació, grues, electrònica, plantes de refrigeració i fins i tot cuines i sales de descans. Els quatre grans són:
- ATLAS (A Toroidal LHC ApparatuS): un dels dos detectors més grans, de 44 metres de llarg i 25 de diàmetre. Estudia amb gran precisió les col·lisions per respondre preguntes fonamentals sobre els blocs bàsics de la matèria, les forces de la natura i la matèria fosca.
- CMS (Compact Muon Solenoid): l’altre gran detector. Està construït al voltant d’un solenoide superconductor que genera un camp de 4 tesla (100.000 vegades el camp terrestre) dins d’un jou d’acer de 14.000 tones. Mesura energia i moment de fotons, electrons, muons i jets.
- ALICE (A Large Ion Collider Experiment): especialitzat en col·lisions d’ions pesants per estudiar el plasma de quarks i gluons, l’estat de la matèria que existia just després del Big Bang.
- LHCb (LHC beauty): analitza la violació de simetria CP a través dels quarks beauty (o b) per entendre per què l’univers està fet de matèria i no d’antimatèria. El seu detector de 5.600 tones té 21 metres de llarg i està situat a 100 metres sota terra prop de Ferney-Voltaire (França).
Figura 3. Detector ATLAS
A més, hi ha quatre experiments més petits: LHCf, FASER, TOTEM i MoEDAL, que busquen partícules exòtiques, neutrins, monopols magnètics, etc.
El CERN genera cada any uns 30 petabytes de dades (30 milions de gigabytes), suficients per omplir 1,2 milions de discos Blu-ray. Per gestionar-les es va crear el Worldwide LHC Computing Grid (WLCG). Els detectors envien un flux de 300 Gb/s que es filtra a la recerca d’esdeveniments interessants. El centre de càlcul del CERN és la “Fila 0”; onze grans institucions són la “Fila 1” i unes altres 150 la “Fila 2”.
Durant la nostra visita del 18 de setembre, després d’una excel·lent presentació, vam poder entrar a la sala de control de l’LHC —el veritable “cervell” de la màquina, ple de pantalles i científics monitoritzant-ho tot— i vam descobrir, amb un somriure, la col·lecció d’ampolles de xampany que s’obren cada cop que s’aconsegueix un gran èxit.
També vam veure la maqueta a escala 1:50 del detector ALICE: un gegant de 16 × 16 × 25 metres, 10.000 tones, situat a 56 metres sota terra, capaç de “fotografiar” les col·lisions gràcies a 19 subsistemes de detecció i 15 milions de canals electrònics.
Es preveu que l’LHC i els seus experiments continuïn en funcionament almenys fins al 2030, buscant nova física que pugui respondre algunes de les grans preguntes obertes: l’origen de la matèria fosca i l’energia fosca, l’asimetria matèria-antimatèria i la diferència d’escales entre la interacció electrofeble i la gravetat.
Entre les descobertes més destacables del CERN hi ha:
- 1965: primera observació d’antiàtoms (antideuteró)
- 1968: cambra proporcional multi-fil de Georges Charpak (Nobel 1992)
- 1973: corrents neutres dèbils
- 1981: primeres col·lisions protó-antiprotó
- 1983: bosons W i Z (Nobel 1984 per Carlo Rubbia i Simon van der Meer)
- 1989: evidència de neutrins lleugers
- 1995: primera producció d’antihidrogen
- 2011: antimatèria atrapada durant més de 15 minuts (experiment ALPHA)
- 2012: bosó de Higgs (Nobel 2013 per Peter Higgs i François Englert; Premi Príncep d’Astúries per al CERN)
En total, cinc premis Nobel de Física estan directament relacionats amb descobriments fets al CERN.
I per acabar, si m’ho permeteu: aquesta visita, essencialment científica, em va inspirar un profund sentiment de solidaritat, de pau i fins i tot de poesia.
I per acabar, permeteu-me una llicència poètica. A mi aquesta visita em va inspirar un sentiment de solidaritat, de pau i fins i tot de poesia. No és habitual acabar una conferència científica així, però… fem una excepció?
El cor subterrani d’Europa
Hi ha un cor que no es veu,
amagat sota terra, entre Suïssa i França,
que no batega amb sang
sinó amb preguntes.
És el CERN,
el cor subterrani d’Europa,
on la humanitat s’atreveix
a mirar dins l’invisible.
Cada col·lisió és un sospir del cosmos,
cada partícula, una síl·laba antiga,
cada descobriment, un batec
que ens acosta a entendre
per què som, d’on venim, cap on anem.
Aquest cor no té venes
sinó túnels de llum,
vint-i-set quilòmetres
on els protons giren i giren
cercant el seu origen
com qui busca el primer record.
És fred com l’univers
abans del primer alè
i buit com el silenci
que precedeix la creació.
Però dins seu hi ha vida:
científics de tot el món,
idees que travessen fronteres
i una fe compartida
en el poder de la pregunta.
El CERN no és només un laboratori,
és un ritual de coneixement,
una cerimònia de la ment humana,
un cor que batega amb la força de voler saber.
I mentre batega
ens recorda que saber
també és estimar l’univers.
Llargues vides al CERN
i moltes gràcies!