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José Miguel Jiménez, jefe de Tecnología del CERN: “Los grandes instrumentos científicos necesitan el vacío, la nada, para aislar ese algo que queremos mirar” | Tecnología



Cuando él solo tenía 14 meses de vida, los padres de José Miguel Jiménez Carvajal (cooperante él, profesora ella) se fueron a vivir a África con su bebé. Con una infancia que él define “a lo Tarzán”, Jiménez Carvajal se educó en colegios franceses de África y luego en la universidad francesa. A los 26 entró en el CERN, donde empezó a trabajar como miembro del grupo de vacío a cargo de la mejora del LEP, el gran colisionador de protones y electrones. Dos décadas después, este doctor en Física Aplicada y Física de Superficie se convirtió en jefe del Departamento de Tecnología, con 600 personas. Jiménez (Atarfe, Granada, 54 años), es responsable de toda la maquinaria del CERN, lo que incluye el correcto funcionamiento y la seguridad del LHC, el gran colisionador de hadrones de 27 kilómetros de recorrido circular. Con casi 30 años en la institución, conoce el CERN como pocos y por eso, repasar su trabajo es conocer las interioridades del centro investigador. Hace unas semanas estuvo en Granada para recoger un premio y dar una charla en el Festival Gravite, aunque atiende a EL PAÍS días después por videoconferencia desde Ginebra. El 22 de marzo recibió la Cruz de la Orden de Isabel la Católica en la Representación española ante Naciones Unidas y organismos internacionales.

Pregunta. Hace unos días ofreció una charla sobre el vacío en el festival Gravite, el área en la que usted comenzó. ¿Por qué es importante el vacío?

Respuesta. El vacío es un concepto fascinante. Es una de esas tecnologías de la física que está en el corazón de cualquier instrumento científico porque, para cualquier experimento con partículas viajando, el vacío es fundamental para evitar interacciones residuales de esas partículas con otras moléculas. En condiciones normales, un protón o electrón no viajará más de unas micras sin colisionar con algo. Frente a esas micras, la especificación del LHC es que los protones tienen que viajar a la velocidad de la luz durante 1.000 horas sin colisionar. Eso nos obliga a buscar el vacío reduciendo la presión 15 órdenes de magnitud por debajo de la presión atmosférica. Sin vacío no funcionarían los colisionadores, ni las infraestructuras de órbitas gravitacionales, ni el detector antimateria AMS, instalado en la Estación Internacional, por citar algunos. Los grandes instrumentos científicos necesitan el vacío. Necesitamos la nada para aislar ese algo que queremos mirar.

P. ¿Cómo llegó usted al CERN?

R. Nací en Atarfe y mi padre se fue de cooperante a África cuando yo tenía unos meses. Con poco más de un año dejé Granada y me fui a África con la familia. Tuve una infancia muy interesante. Aprendí español con mi madre, que era profesora. Luego, estudié en una Grand Ecole [Gran Escuela, universidades francesas de muy alto nivel] e hice el doctorado en el comisariado de la Energía Atómica de París. Estaba en la empresa privada cuando hice una presentación en una convención de aceleradores en Estados Unidos, alguien del CERN se me acercó y me ofreció irme ahí. Era el 1994 y sigo muy feliz.

P. No siempre fue jefe. ¿Cuál fue su primera función?

R. Todos entramos de ingenieros en una operación concreta. En mi caso, en el grupo de vacío. Estuve así durante casi 15 años y participé en la mejora de energía del LEP, el gran colisionador de electrones y positrones. Cuando lo paramos en el 2000, participé en la construcción e instalación de su sucesor, el LHC, ya como jefe de sección con un equipo de 20 o 30 personas. En 2008 me nombraron jefe de grupo, a cargo de 80 personas y desde 2014 soy jefe del Departamento de Tecnología del CERN, que opera en todas las infraestructuras y tecnologías del centro. Es un departamento sólido, con unos 600 profesionales y un presupuesto anual de operación y proyecto de algo más de 100 millones de euros.

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P. ¿Qué responsabilidad tiene el departamento de Tecnología en el CERN?

R. Seguridad, mantenimiento, mejoras, nuevos proyectos… En todo eso estamos. La seguridad de los equipos es muy importante. Un ejemplo: el haz de protones es un tren de 2.800 paquetes y cada paquete tiene una densidad de protones de 1,2 a 1,7 por 10 11 por paquete. Esa energía es equivalente a la que puede derretir 700 kilos de cobre en un impacto. Otra analogía, que me gusta menos, es que un haz tiene la energía equivalente a 10 kilos de nitroglicerina. Por tanto, tenemos que asegurarnos de que el haz viaja por donde tiene que viajar. Si aparece cualquier disfunción, tenemos que sacarlo en tres vueltas, que son 330 microsegundos. En ese tiempo, tenemos que detectar la anomalía y sacar el haz de la máquina para mantener el control total. Se puede imaginar la cantidad de sistemas automáticos que tenemos para analizar y resolver. Esa, entre otras, es una de nuestras responsabilidades, la seguridad.

P. Tres vueltas de 27 kilómetros son 81 kilómetros recorridos en 330 microsegundos. Cifras difíciles de imaginar.

R. Sí, casi la velocidad de la luz. Otra magnitud interesante es la de los imanes superconductores del LHC. Son acumuladores de energía que, al no ofrecer ninguna resistencia, llegan a sumar una corriente equivalente a las de un Airbus 380 volando a 700 kilómetros por hora. Si hubiera un cortocircuito en algún punto de los 27 kilómetros, tenemos que extraer esa energía en menos de 20 segundos. Es como coger ese Airbús y aterrizarlo de golpe en la pista de aterrizaje de un portaviones. Esos sistemas de protección también son nuestra competencia.

P. ¿Cómo se compatibiliza investigación, mantenimiento y mejoras en el LHC?

R. Tenemos ocho o nueve meses de operación cada año y paramos en invierno por dos razones: la primera es el coste de la energía. En invierno hace frío en esta zona [El CERN está situado en la zona limítrofe entre Francia y Suiza, en ambos países], la energía se dispara y su coste es muy elevado. En segundo lugar, hemos de parar para hacer mantenimientos de seguridad, otra de nuestras responsabilidades. Hacemos revisiones como en cualquier edificio: tenemos un túnel a 100 metros bajo tierra y cada año hay que hacer la revisión y mantenimiento de los ascensores que bajan a la gente hasta allí. Lo mismo con los sistemas de detección antiincendios, con los compresores de la criogenia o todo lo relativo a seguridad de las instalaciones. Por ejemplo, los sistemas de ventilación son importantes porque han de renovar 36.000 metros cúbicos de aire por hora. Y junto a estas operaciones estandard, cada cuatro o cinco años hacemos una parada más importante donde recalentamos parte o todo el LHC y hacemos las mejoras que están planificadas. Intervenir en los imanes es ya, mínimo, una parada de dos años que nos obliga a recalentar 35.000 toneladas de imanes superconductores y eso necesita tiempo y un presupuesto elevado.

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P. ¿Cuál es el rango de temperatura de los grandes imanes del LHC en operación o en mantenimiento?

R. Los imanes operan a 1′9 grados Kelvin que son -271,25 grados Celsius, la temperatura del helio superfluido. Para mantenimiento y mejoras los necesitamos a 20 grados Celsius. Subirlos de esos -271 a los 20 requiere casi tres semanas. Y ya que hablamos de coste de la energía, los imanes superconductores se utilizaron en el LHC justamente para poder incrementar el campo magnético y, sobre todo, reducir el coste energético de la máquina. El LHC consumen un poco menos que lo que consumía el LEP, ofreciendo unos rendimientos mucho más elevados.

P. Curioso que una instalación como el CERN no sea ajena al precio de la energía.

R. Para nada. En tiempos normales teníamos una factura anual eléctrica de algo más de 60 millones de euros. Podemos imaginar de qué cantidad estamos hablando ahora, sabiendo cómo se ha incrementado. Al ser una infraestructura considerada estratégica para la ciencia francesa, que es el país que alberga casi la totalidad del LHC, tenemos un tratamiento favorable pero aun así es un problema, un desatino.

P. El descubrimiento del bosón de Higgs fue quizá su momento más mediático, ¿qué será lo siguiente?

R. El bosón fue un momento realmente [duda, sonríe y busca la palabra con cuidado] peculiar para nuestra comunidad. Sin duda, confirmó el modelo de la teoría de la relatividad estándar como modelo de referencia. Algunos piensan, no obstante, que de no haberlo encontrado tendríamos más perspectivas en la física porque se habrían abierto puertas diferentes. En fin, no soy experto en física de partículas pero creo que en el modelo estandar aún quedan muchos fundamentos de la teoría que comprobar. Por ejemplo, si el bosón de Higgs es una partícula única o tiene variaciones. Sé que mis compañeros físicos están intentando aprovechar la mejora de los detectores que se hará del 2026 al 2028 para abrir la capacidad de detección de nuestra tecnología y mirar cosas que aún no estamos mirando con mucha precisión. Hablo de la materia oscura, la simetría entre materia y antimateria, etc. Por otro lado, y visto desde fuera de la comunidad y los especialistas teóricos, me parece que será un paso fundamental que todas esas comunidades empiecen a trabajar cada vez más juntos: la cosmología, las ondas gravitacionales, la física de altas energías multiplicarán sus resultados si suman esfuerzos.

Ahora estamos muy implicados en las tecnologías de la High Luminosity LHC, el siguiente paso del LHC. Como siempre sucede con los grandes instrumentos científicos, después de más de 10 años de operación, necesita unas mejoras para incrementar sus capacidades. Por un lado, el acelerador generará más luminosidad, es decir, más cantidad de colisiones en los experimentos y, por otro, mejoraremos las capacidades de detección de los eventos de física en los detectores. Este proyecto de alta luminosidad supondrá reemplazar dos kilómetros actuales del LHC por otros dos de nueva generación así como una renovación completa de los detectores de partículas ATLAS y CMS, dos de los nueve que forman parte del LHC.

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P. Conocemos el CERN como una infraestructura ultramoderna en busca de los principios básicos de la materia pero ¿no es realmente una institución nacida poco después de la II Guerra Mundial?

R. Así es. Se creó en 1954, bajo el paraguas de la Unesco con dos objetivos principales. El primero, evitar que los científicos europeos se fueran a Estados Unidos, que era la trayectoria habitual para la mayoría, o al bloque del este, donde también se iban. La segunda ambición, tal vez la más noble, fue crear un espacio donde todos los científicos europeos colaboraran con un objetivo común. Una especie de Erasmus de postguerra. Se trataba de poner los mecanismos para que físicos de diferentes universidades pudiesen hablar, trabajar y también medirse. No nos vamos a mentir, estimulamos muchos la “copetición”, una contracción entre colaboración y competición. Desde entonces se ha ido ampliando con diferentes países y es uno de los pocos organismos intergubernamentales que existen. El CERN pertenece a sus países miembros, 23, uno de ellos España, más los estados asociados.

P. El objetivo central del CERN es física fundamental de partículas. Pero no todo es colisionar protones. También se dedican a la física médica, electrónica e informática.

R. El CERN tiene dos modos de trabajo. En primer lugar, las operaciones propias de la institución, donde la mayoría de lo que hacemos es operar los aceleradores y los detectores [nueve experimentos/infraestructuras que analizan las partículas resultantes de las colisiones] y, sobre todo, desarrollar tecnologías. Eso ocupa a más de la mitad de las 3.000 personas que tenemos. La segunda, es acoger a científicos de todo el mundo que utilizan las infraestructuras y operan los detectores. Nuestra tarea es garantizar la disponibilidad de las infraestructuras y son los usuarios de fuera quienes realmente hacen la física. Nosotros somos propietarios de los medios y los proveedores del haz y de colisiones y ellos las utilizan. Se puede visualizar en que nosotros tenemos en nuestro personal menos de 50 físicos teóricos. En cambio, tenemos una masa crítica que nos permite desarrollar aplicaciones y tecnologías que, efectivamente, son luego aplicables para otras áreas, sean médicas, electrónicas, etc. Por ejemplo, tenemos una línea muy interesante para el tratamiento de cáncer, una línea que usa nuevos tipos de radioisótopos que permiten combinar la imagen con un tratamiento local por radiaciones. La tecnología nos permite inyectar el líquido radioactivo exactamente en el punto del tumor que buscamos gracias a la fluorescencia y energía del radioisótopo. La luz que desprende nos permite saber exactamente dónde se está depositando el tratamiento y en qué cantidad. Esas cosas son, claramente, las spin offs, los desarrollos un poco más visibles como en su momento fue la web.

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