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viernes, 25/07/14 - 13: 30 h

partículas físicas

Seis incógnitas de la Física después del bosón de Higgs

Antonio Martínez Ron

jueves, 05/07/12 - 19:42

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El hallazgo de una partícula de tipo Higgs no es la última frontera de la Física. El LHC tiene por delante al menos veinte años de trabajo y los científicos se enfrentan a un buen puñado de incógnitas fundamentales a resolver. ¿Cuáles son éstas? ¿Qué pasos se darán ahora? En el horizonte está incluso la posibilidad de que el LHC se quede pequeño y haya que construir un nuevo colisionador.

Rolf Heuer, director general del Centro Europeo de la Organización para la Investigación Nuclear (CERN)  -Foto:

El anuncio del hallazgo de la partícula de Higgs (o una muy parecida) no dejará a los físicos del CERN sin trabajo. Es precisamente ahora cuando se abre la etapa más fascinante de su investigación, cuando comiencen a comprobar las propiedades de la partícula que han descubierto. El LHC tiene planes hasta al menos 2025 y sus otros objetivos no son solo seguir investigando la partícula de Higgs. Además de ATLAS y CMS (los dos experimentos que anunciaron el hallazgo de un bosón a 125 GeV) existen otros cuatro detectores de partículas (LHCb, SPS, LHCf, ALICE y TOTEM) que siguen realizando pruebas.

Aún así, es posible que se quede pequeño y que haya que construir nuevos detectores. Pero, ¿para buscar qué? Estas son las otras  incógnitas pendientes de la Física igual de apasionantes o más que el bosón de Higgs:

1. La gravedad. El primero, y quizá más desconocido, es el que parece más elemental. Varios siglos después de Newton, la fuerza de la gravedad sigue sin comprenderse. Nuestro modelo de comprensión del mundo indica que todas las fuerzas fundamentales se basan en la interacción de partículas (en la fuerza nuclear fuerte actúan gluones, en el electromagnetismo fotones, en la nuclear débil bosones masivos...). Entonces, ¿qué sucede con la gravedad? Nadie lo sabe a ciencia cierta y se han propuesto varias soluciones, como la existencia de una partícula llamada "gravitón", pero de momento estamos lejos de encontrar la manera de medirlo.

2. La materia y la energía oscuras. Componen el 95% del Universo y los científicos aún no conocen sus propiedades, aunque hay decenas de experimentos para encontrar una explicación. La materia oscura es el eslabón necesario para explicar una observación en el Universo que no cuadra: al ritmo de rotación de las galaxias, algunas estrellas deberían salir despedidas. Otro tanto sucede con la energía oscura: si la gravedad debería hacer que se ralentizara la expansión, ¿por qué se expande el universo cada vez más deprisa? Alguna de estas incógnitas, como la de la composición de la  materia oscura, podrían conocerse mejor gracias a las investigaciones en el LHC.

3. Las partículas supersimétricas. La supersimetría es la primera prioridad inmediata del LHC y una solución a un problema muy técnico que tiene el Modelo Estándar. "No entendemos por qué el Higgs tiene una masa tan baja", explica el físico Fernando Cornet. "Parecería que tendría que tener una muchísimo mayor. Y una forma solucionar eso es introducir una nueva simetría que da origen a una serie nueva de partículas, compañeros supersimétricos de las ya conocidas con propiedad iguales salvo el espín". A pesar de todo, las colisiones en el LHC no dan por el momento ninguna señal de SUSY (el nombre corto con el que se conoce a la supersimetría). Sus masas deben ser mucho mayores que las de las partículas originales, pero quizá se pueda encontrar con un nuevo colisionador. “Por ahora, es pronto”, indica el matemático de la Universidad de Málaga Francisco Villatoro. “La prioridad hasta diciembre de 2012 es el Higgs, pero a partir de 2015 la prioridad será la SUSY”. Una de estas partículas supersimétricas es el neutralino, uno de los candidatos a materia oscura.

4. ¿Qué pasó con la antimateria? Otra de las grandes incógnitas de la Física es por qué domina la materia sobre la antimateria en el Universo. Se cree que en el primer instante tras el Big Bang la energía estaba equilibrada y existía tanta materia como antimateria, pero ¿qué hizo que una dominara sobre otra? ¿Por qué no vemos galaxias de antimateria en el universo? El Modelo Estándar no es suficiente para explicar esta asimetría aunque se han propuesto explicaciones como la violación CP. Esta es labor de LHCb, aunque también ATLAS y CMS pueden aportar algo.

5. ¿Hay dimensiones extra? Para completar los huecos que deja el Modelo Estándar se han propuesto numerosos modelos teóricos, entre ellos la conocida como Teoría de Cuerdasy sus variantes. Esta teoría propone que las partículas son en realidad "estados vibracionales" de  una serie de filamentos que se extienden por el especio tiempo. Para responder al misterio de por qué la gravedad es tan débil comparada con las otras interacciones, explica Cornet, "se propuso también que el espacio en vez de tener 3 + 1 dimensiones tiene 10 o más, y lo que diferencia a la gravedad sería que se propaga en todas las dimensiones mientras que las otras interacciones solo se propagan en las que conocemos".  ¿Se podrían encontrar señales de esto? Es una de las cosas que se buscan en Ginebra. "El LHC es encontrar partículas KK (Kaluza-Klein) debidas a la existencia de dimensiones extra", nos cuenta Villatoro. "Ahora mismo se sabe que no las hay con masa menor de unos 2 TeV, pero a  partir de 2015 el LHC llegará  a estudiar esta posibilidad hasta 5-6 TeV".

5+1. ¿Hace falta un nuevo colisionador?

La cuestión encima de la mesa, según varios investigadores del CERN, es si para la nueva fase que nos espera, determinar las propiedades de las partículas más allá de Higgs y puede que del Modelo Estándar, es suficiente con el LHC. Esta inmensa máquina es un "colisionador" de descubrimientos, es decir, se diseñó para alcanzar unas energías muy altas y hacer chocar protones contra protones. La ventaja es que se pueden alcanzar altas energías más fácilmente, el problema es que se genera demasiado "ruido" y la complejidad de las señales es muy grande.

Desde hace unos años varios equipos internacionales trabajan en el diseño de un colisionador de nueva generación que en este caso no sería circular sino un colisionador lineal y que no haría chocar protones sino electrones y antielectrones (positrones). "El electrón es elemental y los resultados son mucho más limpios", explica Cornet. El colisionador lineal tendría unos 30 km de longitud y serviría para mejorar la precisión y estudiar la posible Física más allá del Modelo Estándar Y "mejorar la precisión en la medida de los acoplamientos del bosón de Higgs". Para ponerlo en práctica, si se aprobara mañana mismo, harían falta no menos de 10 años de trabajo para verlo funcionando. Es una propuesta encima de la mesa, pero puede ser la Física del futuro.

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