Por qué los físicos intentaron poner un hurón en un acelerador de partículas

En febrero de 1971, los físicos del Laboratorio Nacional de Aceleradores en Batavia, Illinois, comenzaron a probar la máquina más grande del mundo: un acelerador de partículas de sincrotrón de protones en forma de anillo de 200 mil millones de electronvoltios (BeV*). Había mucho en juego. El director de NAL, Bob Wilson, le había dicho al Departamento de Energía de EE. UU. que podía ponerlo en funcionamiento en cinco años por $ 250 millones, y llevaban cuatro años. Pronto se encontraron con un problema desconcertante: los imanes que eran esenciales para su funcionamiento seguían fallando.

¿La solución de baja tecnología propuesta para este problema de alta tecnología? Un hurón llamado Felicia.

Pero primero, un poco de historia. El NAL, hoy conocido como Fermilab, en honor al físico Enrico Fermi, tiene una cadena de aceleradores: un acelerador lineal (linac), un impulsor, un anillo reciclador y un anillo inyector principal. El acelerador lineal proporciona el haz de protones y la descarga inicial de energía; el booster lo acelera; el reciclador "lo agrupa" en grupos de protones para un haz más intenso; y el anillo inyector principal hace girar el haz decenas de miles de veces hasta casi la velocidad de la luz. Luego, las partículas se envían a varias instalaciones de prueba, donde se aplastan juntas o contra un objetivo fijo. La colisión resultante, observada por un detector de partículas, revela sus interiores y, en ocasiones, crea partículas exóticas. Estos son los elementos más fundamentales del universo.

En 1971, el diseño era un poco diferente; por un lado, los anillos inyector y reciclador no existían. Lo que hizo fue un acelerador a cuatro millas a la redonda llamado anillo principal. Estaba equipado con imanes, que guían el haz a través de los aceleradores: "774 imanes dipolares, que dirigen el haz de partículas, y 240 imanes cuadripolares, que enfocan el haz", como recordó el físico Ryuji Yamada, quien diseñó el imán dipolar.

Estos no son imanes de nevera: cada uno mide 20 pies de largo y pesa casi 13 toneladas. Al principio, solo dos imanes fallaron cuando se rompió el aislamiento de fibra de vidrio alrededor de sus bobinas. Eso pronto se convirtió en dos al día. Durante los siguientes meses, el equipo reemplazó 350 imanes.

Sin embargo, el 30 de junio de 1971, lograron enviar un haz de partículas alrededor del anillo por primera vez. Para agosto, enviaron uno alrededor de 10,000 veces. Pero cuando intentaron acelerar las partículas por encima de siete BeV, los imanes se acortaron.

Yamada finalmente se dio cuenta de la causa: astillas de metal quedaron atrás cuando cortaron los tubos de vacío. "Entonces, cuando los imanes se excitaron a un campo más alto", escribió, "fueron empujados dentro del espacio del imán, se pusieron de pie y detuvieron el haz, porque eran material ligeramente magnético".

Tuvieron que sacar las astillas. ¿Pero cómo?

Robert Sheldon, un ingeniero británico que había sido llamado a NAL para encontrar "atajos e ideas para ahorrar dinero", sugirió que un hurón, equipado con una herramienta de limpieza, podría hacer el trabajo, correteando a través de los tubos de vacío como si estuviera expulsando conejos. de un laberinto. "En su parte de Yorkshire, los cazadores usaban hurones", escribió Frank Beck, exjefe de servicios de investigación en Fermilab. "Un hurón no dudaría en correr por el interior del tubo de acero inoxidable, incluso si eso implicara un largo viaje hacia lo desconocido".

El hurón llegó por entrega especial de Wild Game and Fur Farm en Gaylord, Minnesota. Con 15 pulgadas de largo, era el hurón más pequeño que habían tenido. Su pelaje era marrón y negro excepto por manchas blancas en su rostro. La llamaban Felicia. Ella costó $35.

A Felicia le colocaron un collar a medida en el cuello y un pañal en el trasero; La caca de hurón en un tubo también detendría un protón. Ataron una cuerda al collar. Felicia debía llevar la cuerda de un extremo de un tubo al otro. Luego colocarían un hisopo humedecido con limpiador en la cuerda y lo pasarían.

Pero Felicia se negó a entrar en el tubo de vacío del anillo principal. Tal vez se sintió intimidada por el angosto bucle negro sin luz: tenía cuatro millas a la redonda.

Enfrentados a un hurón recalcitrante, los científicos la reasignaron a una sección de tubos de 12 pulgadas de ancho en Meson Lab, una instalación de prueba que aún estaba en construcción. "Le enseñaron a corretear a través de túneles progresivamente más largos hasta que estuvo lista para probar una de las secciones de 300 pies que se unirán para hacer los tubos del Meson Lab", señaló Time.

Después de su primera carrera, salió "un poco cansada y desconcertada, pero por lo demás bastante sana", según Beck. Ella había tirado de la cuerda hasta el final. Como estaba previsto, los trabajadores sacaron el hisopo a través de los tubos. Salió cubierto de motas de polvo y acero.

Los medios pronto se enteraron de sus escapadas. Después de hacer siete carreras exitosas, Time se preguntó si debería ser recompensada con mate. Un funcionario anónimo respondió: "Si Felicia queda embarazada, es posible que no entre por los tubos".

Felicia probablemente no estuvo en peligro durante sus carreras, dice Valerie Higgins, archivista e historiadora de Fermilab. "Las secciones por las que corrió todavía estaban en construcción, por lo que creo que no tendrían energía en ese momento", dice. "En cuanto a quedarse atascado o asfixiado: creo que solo estaban confiando en el instinto de un hurón para explorar túneles, así que no creo que hubiera bajado por un túnel demasiado pequeño para ella".

El personal de NAL adoraba a Felicia y le daban de comer pollo, hígado, cabezas de pescado y hamburguesas crudas, su favorita. Algunos empleados incluso llevaron a Felicia a su casa a pasar la noche cuando la granja de visones en la que generalmente dormía no tenía espacio para ella.

Mientras tanto, el ingeniero Hans Kautzky creó un "hurón magnético" para lidiar con los escombros en el anillo principal. Conectó una docena de discos de Mylar a una varilla de acero inoxidable, junto con un cable flexible de acero inoxidable de 700 metros, el equivalente a la cuerda de Felicia, y un imán permanente que atrae metales, la contraparte del hisopo de limpieza. Disparó el dispositivo a través de una sección del anillo principal con aire comprimido. "Con 12 operaciones, podríamos dar la vuelta a todo el anillo", escribió Yamada. "De esta manera podríamos limpiar toda la tubería de vacío, aunque no a la perfección".

Pero funcionó lo suficientemente bien, porque durante los siguientes meses, el equipo aumentó constantemente los niveles de energía sin provocar un cortocircuito en el sistema, y ​​el 1 de marzo de 1972 lograron que el acelerador alcanzara la energía objetivo de 200 BeV.

Después de una docena de recorridos por los tubos de Meson Lab, que, cuando se unieron, crecieron demasiado para su comodidad, Felicia se retiró a medias y pasó la mayor parte de su tiempo como mascota en la granja de visones. Una noche de la primavera siguiente, estaba en casa de Charles Crose, un empleado de NAL, cuando se enfermó. Crose la llevó a un veterinario al día siguiente. Bajo atención médica, se recuperó brevemente, pero en un par de días murió, el 9 de mayo de 1972. Una necropsia reveló un absceso roto en su tracto intestinal. The Village Crier señaló: "Está previsto que el cuerpo de Felicia sea disecado y montado para exhibirlo de forma permanente como un símbolo del desarrollo temprano de NAL".

Pero si Felicia fue disecada, no hay constancia de ello. "Nunca encontré ninguna evidencia de que eso sucediera, y nadie recuerda que haya sucedido", dice Higgins, quien trató de rastrear a las personas que trabajaron con Felicia o que podrían tener más información sobre su destino después de la muerte. Ella no tuvo suerte. Muchos han muerto desde entonces.

La mayoría de los artefactos históricos asociados con Fermilab se encuentran en un espacio de almacenamiento que administra Higgins. ¿Hay alguna posibilidad de que esté escondida en algún lugar de atrás, en lo profundo de un estante?

"Parece muy poco probable", dice Higgins. "Me encantaría encontrar eso, pero no hay muchos rincones en este punto en los que alguien no haya estado".

Hoy Fermilab es uno de los 17 laboratorios nacionales y tiene múltiples aceleradores de partículas. De las 13 partículas subatómicas conocidas en el modelo estándar del universo (seis quarks, seis leptones y el bosón de Higgs), tres se han descubierto allí: el quark bottom en 1977, el quark top en 1995 y el neutrino tau en 2000 .

El complejo del acelerador opera las 24 horas del día, todo el año, excepto por un par de períodos planificados en los que está cerrado por mantenimiento, según Andre Salles, un portavoz de Fermilab. Es entonces cuando se pueden limpiar los tubos. Para secciones más cortas, los operadores del acelerador colocan un trapo en un palo largo y lo atraviesan. Si es un túnel largo, usan el método que Felicia hizo famoso: "Usualmente usan algún tipo de cuerda", dice Salles, "y simplemente pasan el hisopo".

* Actualización: hoy GeV, para gigaelectronvoltios, se usa más comúnmente para esta unidad.