El Gran Colisionador de Hadrones tiene más tareas exóticas que hacer

El Gran Colisionador de Hadrones podría aportar pruebas de una nueva física antes de lo esperado

Como si no tuviese ya bastantes cosas que buscar —al LHC se le ha encargado que busque el legendario bosón de Higgs, dimensiones extra y supersimetría— los físicos ahora añaden fenómenos aún más complejos a su «lista de compras». Entre estos se incluyen una fuga de dimensiones que podría explicar la expansión acelerada del universo.

Algunos argumentan que los signos de una nueva y exótica física podrían revelarse en el LHC mucho antes de lo esperado.

En marzo el LHC, situado en el CERN, instalación europea de física de partículas cerca de Ginebra, Suiza, empezó a impactar protones a energías de 7 billones (1012) electrón-voltios, que es la mitad del objetivo final pero tres veces mayor energía que su rival más cercano, el Tevatrón, ubicado en Batavia, Illinois, EEUU. Esta semana, los físicos de partículas se reúnen en la Conferencia Internacional de Física de Alta Energía (ICHEP) en París para debatir qué se espera encontrar, y cuándo podrían surgir los descubrimientos.

Sin embargo, en primer lugar de la lista de requerimientos de los físicos sigue estando el bosón de Higgs, una elusiva partícula que, según se cree, es parte del mecanismo que le aporta la masa al resto de las partículas. Si el modelo estándar de física de partículas ha predicho de manera correcta sus características, la recopilación de suficientes datos para encontrar el Higgs debería llevar un par de años, dice Albert De Roeck, portavoz adjunto del experimento Solenoide Compacto de Muones (CMS) del LHC.

Pero además del Higgs, los investigadores esperan ver evidencias de una nueva física. Hasta ahora los experimentos en aceleradores han confirmado en repetidas ocasiones las predicciones del modelo estándar, que cubre todas las partículas descubiertas, el Higgs, y tres de las fuerzas fundamentales de la naturaleza: el electromagnetismo, la fuerza débil que controla la radiactividad, y la fuerza fuente que une entre sí a los quarks. «Es muy molesto, dado que desde una perspectiva matemática, sabemos que el modelo estándar debe estar mal», dice Greg Landsberg, físico de partículas de la Universidad de Brown en Providence, Rhode Island, EEUU. El modelo se rompe a altas energías (como las que se predice que hubo en el inicio del Universo), dando respuestas infinitas para la intensidad de las interacciones entre partículas a menos que los físicos amañen los números.

Una adición al modelo estándar que elimina este ajuste fino es la supersimetría (SUSY), que propone la existencia de unos gemelos más pesados de todas las partículas conocidas. Los gemelos SUSY podrían aparecer en el LHC en un par de años, dice De Roeck.

El otro gran premio para el LHC sería lograr la evidencia de dimensiones extra. Éstas son propuestas por algunas formas de la Teoría de Cuerdas, que describe los bloques básicos del universo como hilos que vibran sin cesar. Si existen las dimensiones extra, su presencia se podría ver como un déficit de energía en los desechos, lo que indicaría que algunas partículas creadas en el choque pudieron acceder a esas dimensiones. Unos agujeros negros en miniatura que podrían aparecer durante las colisiones también revelarían los efectos gravitatorios de estas dimensiones, dijo De Roeck.

El acelerador ya ha logrado las altas energías que se necesitan para que surjan estos efectos exóticos, pero la máquina tiene que acrecentar su ritmo de colisiones para generar suficientes datos que demuestren que las anomalías son algo más que fluctuaciones estadísticas, dijo De Roeck.

Algunos argumentan que al enfocarse en SUSY y en las dimensiones extra, los físicos podrían perderse las primeras señales de una nueva física. Zoltan Ligeti, físico en el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley en California, y sus colegas, calcularon que a medida que aumente este ritmo, el LHC generará suficientes impactos como para producir señales claras de una partícula hipotética llamada «diquark», propuesta por algunas formas de la Teoría de Cuerdas. «Incluso con relativamente pocos datos del LHC, se podría demostrar que el modelo estándar no es correcto, si se sabe qué buscar», dice Ligeti, que tiene una lista de nuevas partículas a buscar que develará en el ICHEP.

Landsberg espera derribar al modelo estándar a lo grande. Presenta una ambiciosa teoría nueva en la que la cantidad de dimensiones del universo crece a medida que éste aumenta de tamaño. Él y sus colegas proponen que el universo comenzó teniendo una dimensión espacial, y una temporal. «Piense en el universo como una hebra unidimensional que se autoteje gradualmente en un tapiz bidimensional mientras crece, y luego se enrolla sobre sí para crear tres dimensiones”, dice.

La reducción de las dimensiones espaciales del universo primitivo evita los problemas con el modelo estándar, debido a que los infinitos no deseados sólo aparecen de las ecuaciones que describen tres dimensiones, dice Landsberg. El equipo además ha calculado que la cuarta dimensión espacial se observaría como una energía intrínseca que empuja el universo tridimensional hacia afuera. El efecto encaja más o menos con la aceleración de la expansión cósmica, que en la actualidad se atribuye a una misteriosa energía oscura. «La energía oscura es un eco de la cuarta dimensión», argumenta Landsberg.

Dimensiones que se desvanecen

El LHC podría revelar «espectacularles evidencias» de una dimensión espacial que se desvanece conforme la máquina se aproxima a las condiciones de alta energía observadas poco después del Big Bang, dice Landsberg. Si sus ideas son correctas, entonces el LHC comenzará pronto a acceder a un universo bidimensional. «Los restos de colisiones que se esperaría dispersándose en tres dimensiones, en cambio quedarían confinados a un plano bidimensional”, dice.

Se puede haber observado ya una evidencia de dimensiones que se desvanecen en la lluvia de partículas que crean los rayos cósmicos que ingresan en nuestra atmósfera. Hace poco se acercó a De Roeck un grupo de físicos que había encontrado algunos «resultados peculiares» cuando analizaban de nuevo los datos de rayos cósmicos que fueron recopilados hace 15 años en las montañas Pamir en Asia Central. «En lugar de chorros de partículas dispersándose en todos lados, como era de esperar, los chorros estaban extrañamente alineados de una forma que no se puede explicar con los modelos convencionales», dice De Roeck. La colaboración CMS ya está planeando ver si se pueden reproducir los efectos en el LHC (M. Deile et al. arxiv 1002.3527v1; 2010).

«El modelo de Landsberg continúa siendo muy especulativo, pero podría ser que las señales del mismo ya se hayan observado», dice De Roeck. «Es algo que, por cierto, queremos confirmar o descartar en el LHC».

Fuente: Nature. Aportado por Eduardo J. Carletti

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