Los resultados más interesantes del LHC podrían venir de observar algo que nadie predijo. El bosón descubierto en 2012 pasa a tener una masa que es sospechosamente compatible con una gran cantidad de interacciones de partículas. Eso podría ser una coincidencia. O —esperanza más allá de la esperanza— podría conducir a un principio fundamental que los físicos no han hallado hasta ahora
Cuando Pablo Glaysher se acercaba el final de su maestría en 2012, todo el mundo estaba hablando sobre el bosón de Higgs. Después de dos años de impactar protones entre sí, el Gran Colisionador de Hadrones del CERN estaba a punto de poner fuera del ámbito teórico la partícula misteriosa que ayuda a explicar cómo el universo tiene masa. Los estudiantes que tuvieron su lugar en el equipo de investigación del LHC tuvieron la oportunidad de ayudar al mayor descubrimiento de la física moderna.
Luego, dos meses antes de que Glaysher comenzara su programa de doctorado con el equipo del CERN en la Universidad de de Edimburgo, los equipos de los experimentos ATLAS y CMS del LHC anunciaron que habían encontrado el bosón de Higgs.
Un visitante se pone delante de una gran imagen del Gran Colisionador de Hadrones en la exposición del Museo de la Ciencia de Londres
«Fue un poco triste», dice Glaysher. «Esperaron 50 años para encontrarlo, y no podía esperar a los dos meses adicionales hasta que yo fuera parte de la fiesta.»
Los tres años que siguieron fueron pura resaca de champán. Otros datos confirmaron el descubrimiento del Higgs, y luego el colisionador cerró para realizar una actualización de dos años que más que duplicó su potencia para impactar partículas.
Este verano, el reinicio tan esperado LHC llegó con una nueva promesa: la posibilidad de detectar las partículas más grandes, que antes nunca habían sido creadas en un acelerador de partículas construido por el hombre. Los físicos creen que podrían entrever las partículas que componen la materia oscura, la sustancia desconocida que se piensa que compone una cuarta parte del universo, o incluso vislumbrar otras dimensiones.
Pero a pesar de la oportunidad de estudiar nuevas partículas exóticas, Glaysher se encuentra tres años y medio después estudiando todavía el bosón de Higgs dentro del equipo del experimento ATLAS. En lugar de gastar toda su vida persiguiendo un fantasma, está examinando algo muy real.
«El descubrimiento —tan emocionante como es, y como posible generador de un premio Nobel— en realidad es sólo el primer paso», dice Glaysher. Los teóricos y otros investigadores en el colisionador están de acuerdo con él. Piensan que todavía el Higgs podría encontrar alguna nueva física.
¿Y ahora que?
El Higgs era, en cierto modo, la meta final. En el núcleo de la física de partículas está lo que se conoce como el Modelo Estándar: un grupo de 17 partículas elementales y las reglas que indican la forma en que deben interactuar. Hasta el descubrimiento del Higgs, los físicos habían observado 16 de estas partículas, y en el ambiente estaban desesperados por una 17ª que empujara el modelo hacia nuevas direcciones. Pero el bosón resultó ser totalmente normal. Actuó como el modelo dijo que actuaría, y obedeció todas las reglas teorizadas.
Los físicos, dicho de otro modo, habían hecho un trabajo muy bueno con sus predicciones. «Con el Higgs, pensamos que habíamos tocado fondo», dice Andre David, un físico investigador del CMS que lidera el esfuerzo por determinar las características del bosón.
Pero con un LHC recién actualizado, los investigadores del ATLAS junto con sus homólogos de la CMS y los teóricos físicos, piensan que el Higgs todavía podría llevar a nuevos conocimientos acerca de la naturaleza del mundo. «Es como si usted ha tocado un fondo, y debe haber un nuevo fondo», dice David. «Sólo tienes que seguir cavando.»
Hasta ahora, los científicos tienen algunas jugosas teorías para el Higgs. Cuando eres parte del proceso responsable de darle masa al universo, lo más probable es que estés metido en algún otro negocio interesante. Este mes marcó la finalización de la primera ronda de observación en el LHC de las colisiones de protones a una energía más alta, y los datos recopilados podrían jugar en algunas de las mayores preguntas de física.
Una de las grandes esperanzas de los físicos para el nuevo LHC es no desmentir el Modelo Estándar con nuevas observaciones, sino extenderlo a la búsqueda de un socio para cada una de sus 17 partículas, validando una teoría llamada supersimetría. El modelo estándar tiene una buena explicación para la fuerza débil, que permite que una partícula se convierta en otra. Pero los físicos no saben por qué la fuerza débil es capaz de sobreponerse a la gravedad. Las teorías que explican que esta rareza requiere un Higgs con una masa enorme, pero el bosón descubierto en 2012 fue relativamente liviano. La observación de las partículas supersimétricas que también son livianas podría explicar las discrepancias.
El Higgs podría desempeñar un papel en otra partícula no observada, también: la materia oscura. Es posible que al Higgs le guste convertirse en materia oscura, o jugar otro papel en su comportamiento. Los enormes detectores del LHC miden lo que pasa después de las colisiones mediante la detección de la energía de las partículas resultantes, y si parte de la energía desaparece, podría ser un indicio de que apareció la materia oscura.
Luego está la materia y la antimateria. Mientras que los físicos han documentado a ambas, no están seguros de lo que ocurrió justo después del Big Bang, cuando el universo todavía estaba hecho de partes iguales de materia y antimateria. Las dos tienen una tendencia a destruirse una a otra, y se convierten en energía pura cuando colisionan. Pero algo causó un desequilibrio, lo que lleva al universo moderno, que tiene mucha más materia que antimateria. Los físicos creen que unas interacciones del Higgs consigo mismo podrían haber desempeñado una parte del papel; y planean estudiar lo que sucede cuando dos Higgs se juntan en el LHC.
Por último, los físicos creen que podrían encontrar aún más partículas de Higgs. Una teoría prominente sostiene que en lugar de un único tipo de bosón de Higgs, hay cinco. Algunos de ellos son mucho más pesados que el bosón encontrado en 2012, lo que significa que el LHC puede no haber sido lo suficientemente potente como para crearlos. Hasta ahora.
El desconocido conocido
Esas son todas las tentadoras posibilidades. Aún así, los resultados más interesantes del LHC podrían venir de observar algo que nadie predijo. El bosón descubierto en 2012 pasa a tener una masa que es sospechosamente compatible con una gran catidad de interacciones de partículas. Eso podría ser una coincidencia. O —esperanza más allá de la esperanza— podría conducir a un principio fundamental que los físicos no han hallado hasta ahora. El objetivo final, como siempre, es encontrar una cadena que, cuando se tira de ella, suena una campana de aviso que llama a los físicos hacia algo nuevo.
«No está garantizado que hayamos pensado todo lo que se puede pensar. Tal vez sólo sea que no somos lo suficientemente imaginativos y creativos», dice David. «Podríamos estar yendo en una dirección en la que la nueva física podría ser sutil. No es como una nueva partícula frente a tu rostro».
Los científicos están, una vez más, iniciando el reloj de un nebuloso período de espera. Peter Higgs teorizó el bosón en 1964, y luego la partícula no fue observada durante 50 años. Los equipos del CERN no saben si su colisionador actual es lo suficientemente potente como para aportar las respuestas que buscan, o si van a tener que esperar una mayor actualización de energía, o incluso décadas a partir de ahora.
«Tenemos un montón de preguntas. Tenemos evidencia indirecta de que podría ser respondidas por los experimentos que estamos haciendo», dice el investigador del ATLAS Elliot Lipeles. «Podríamos llegar a la nada, o podríamos encontrar un descubrimiento sorprendente, literalmente, el mes que viene.»
Es un trabajo tedioso y generalmente poco glamoroso. El grupo de Glaysher en la Universidad de Edimburgo pasa sus días analizando instancias del Higgs desintegrándose en varios tipos específicos de partículas. Para descubrir los secretos del Higgs le toca a los físicos gastar miles de horas rasreando a través de una cantidad insondable de colisiones de partículas producidas cada día en el LHC. Y si Glaysher tiene suerte, en su equipo podría ser quienes averiguen por qué los físicos han obtenido este Higgs que se ve incorrecto.
Fuente: Wired. Aportado por Eduardo J. Carletti
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