Esta semana el CERN de Ginebra da comienzo la segunda vuelta de su Colisionador de Hadrones (LHC), con más potencia y nuevos objetivos: Conocer más detalles del Bosón de Higgs, sobre la materia oscura y la antimateria. Una de las científicas españolas que lidera las investigaciones responde a las preguntas de SABEMOS.

Más rápido, más potente y más ambicioso. El Colisionador de Hadrones de Ginebra (LHC por sus siglas en inglés) comienza esta semana la llamada “segunda vuelta”[Run-1], una continuación de las investigaciones desarrolladas entre 2008 y 2013. En aquella ocasión dieron como resultado entre otros hallazgos el descubrimiento del conocido como Bosón de Higgs (una partícula elemental de la materia que según la teoría estándar está en el origen de la misma). En las pruebas de 2015 los objetivos son distintos, pero no menos ambiciosos.

A lo largo del Run-1, se acabó por descubrir el objetivo principal de la investigación: el bosón de Higss, precisamente la partícula que la teoría dominante predecía que existía, pero que aún no había podido ser demostrada empíricamente. Este bosón “aparece como consecuencia del Mecanismo de Higgs, un modelo teórico que proponía como candidato a un determinado tipo de partícula subatómica (el bosón) como los responsables de dar masa a la materia elemental. Durante 40 años de videncia de esta teoría se ha buscado el bosón porque hallarlo significaba dar validez el mecanismo de Higgs y completar una parte muy importante del puzzle del modelo estándar de física de partículas. Este descubrimiento de 2013, sin embargo, aún ha de estar sometido a muchos otros experimentos no tanto para ratificar su existencia (ya probada) sino para explicar su razón de ser.

El LHC es uno de los grandes proyectos de cooperación científica a nivel europeo. Se trata de un inmenso acelerador de partículas de 27 kilómetros de longitud (es el más largo y energético del mundo) situado en la frontera franco-suiza. Básicamente sirve para lanzar y acelerar particulas elementales de la materia (protones) y llevarlos mediante imanes a grandes velocidades, de forma que se les hace colisionar. De estas colisiones no solo surgen grandes energías, sino que los científicos son capaces de analizar las partes más pequeñas que forman parte de las partículas subatómicas. Fruto de estos experimentos se acabó concluyendo de forma inequívoca que se había encontrado el Bosón de Higgs, una de las partículas que completan la teoría física dominante hoy en día.

¿Qué hay de diferente en esta “segunda vuelta” del LHC? Tal como señala Rebeca González Suárez, investigadora española de la Universidad de Nebraska y que lidera varios de los proyectos, “va a tener una energía mucho más alta que el Run-1 y muchos más datos. Con más energía se amplía el rango de masa que podemos observar, y entramos en territorios que nunca antes se habían explorado; con más datos aumentamos la probabilidad de ver procesos raros”, añade (ver vídeo inferior).

Cuando se construyó el LHC la búsqueda del Bosón era una de las prioridades, “pero no la única”, aclara esta académica, una de las más prestigiosas del mundo en su especialidad. Así que una vez que esta partícula fue encontrada, quedan aún al menos cuatro grandes líneas de investigación por medio de los experimentos del Colisionador de Hadrones: 1) El mecanismo de Higgs; es decir, lograr probarlo o descartarlo. 2) Investigar el balance materia-antimateria, otra de los aspectos que la física teórica contempla pero que aún están por desarrollar en pruebas experimentales. 3) El descubrimiento de materías y energías oscuras y 4) descubrir el quark gluón plasma, otra de las partículas que anticipan el modelo estándar.

“Ahora se abren otras puertas que queremos estudiar, la más directa es el llamado SUSY”, desarrolla la investigadora González Suárez, que explica que éste es el acrónimo de “Supersimetría. El modelo introduce una partícula supersimétrica por cada partícula elemental, da solución a muchos cabos sueltos del modelo estándar y hasta ofrece candidatos a materia oscura”, indica, al tiempo que no descarta en absoluto que puedan aparecer además “cosas nuevas”. En esta nueva fase del LHC, y al contar con una mayor potencia en el acelerador, esperan poder encontrar más evidencias de que efectivamente estas partículas existen.

“El Run-1 finalizado en 2013 fue mucho mejor de lo que nadie se esperaba. Se redescubiró todo el modelo estándar entero y se encontró el Bosón de Higgs en menos de dos años”, añade la profesora González Suárez, que para hacernos una idea compara el LHC con el Tevatron de Fermilab, en Chicago, otro de los mayores del mundo. “Se construyó con el objetivo de obserbar el quark top, tardó 12 años en descubrirlo y aún así fue un hito. En el LHC va todo mucho más acelerado”, reconoce orgullosa esta científica asturiana, portavoz en este caso de otros muchos investigadores e informáticos españoles que participan en experimentos del CERN.

De grupo en grupo

El camino de un científico para llegar a participar en un proyecto del alcance y la ambición del LHC no es precisamente sencillo, aunque depende mucho de “en qué trabajes”, según reconoce Rebeca González Suárez. “El camino es diferente si eres técnico, ingeniero o físico. Y aún dentro de los físicos, depende de si eres teórico o experimental. Y dentro de los experimentales depende también de qué hagas, aceleradores o detectores”, detalla. En su caso, ella es física experimental, y trabaja en uno de los detectores del Colisionador, el CMS, uno de los grandes experimentos del LHC junto con el ATLAS. “Entré a trabajar en 2006 durante el doctorado [su tesis va precisamente del descubrimiento del Bosón de Higgs] y desde entonces no he cambiado de experimento, aunque he trabajado para tres grupos diferentes”, relata.

 

Balance Materia-Antimateria

Si un electrón en una forma de materia, entonces un positrón (su equivalente, pero con carga positiva) es antimateria. Si ambos se encuentran, se aniquilan produciendo energía, y esto es lo que supuestamente ocurrió en el Big Bang, dando como resultado una cantidad igual de ambas (materia y antimateria). Uno de los desafíos del LHC será ayudar a conocer qué ha ocurrido con la antimateria: ¿Se fue en otra dirección? ¿Hay más materia que antimateria?

 

Un 68% de energías oscuras

Apenas se conoce un 5% del Universo, y del 95% restante un 27% es materia y otro 68% son sobre todo energías oscuras. “Esto lo sabemos porque la velocidad a la que giran las galaxias no se corresponde con lo que esperamos por su masa”, explica González Suárez. En el CERN esperan que los experimentos con el Colisionador permitan descubrir más información sobre esta energía oscura.