EL ACELERADOR QUE PODRÍA SALVAR LA FÍSICA

 

La comunidad científica japonesa aspira a resolver los misterios que escapan al LHC

En 2012, el hallazgo del bosón de Higgs en el Gran Colisionador de Hadrones (LHC) del CREN supuso la espectacular confirmación del modo estándar, la teoría que describe todas las partículas elementales conocidas y sus interacciones excepto la gravedad. El Higgs, cuya existencia fue predicha en los años setenta, era la pieza que faltaba por descubrir. Sin embargo, los físicos se han atascado: las partículas supersimétricas, las cuales ayudarían a resolver varios de los problemas del modelo estándar y que muchos esperaban ver en el LHC, no han aparecido.

Los expertos llevan décadas hablando de un acelerador capaz de encontrarlas. Hace tres años, un equipo internacional de físicos e ingenieros terminó su diseño. Conocido como el Colisionador  Lineal Internacional (ILC, por sus siglas en inglés), este coloso de 31 kilómetros de longitud haría chocar electrones y positrones bajo las montañas de la región de Kitakami, al norte de Japón. Esas aniquilaciones de materia y antimateria liberarían una energía de entre 250.000 y 500.000 millones de electronvoltios (250-500 GeV), con una posibilidad de duplicarla en una fase posterior. Se espera que, en breve, el ministro japonés de educación, cultura, deportes, ciencia y tecnología decida si el proyecto sigue adelante.

El modelo estándar tenía un «agujero» en el que un bosón de Higgs con una masa de 125 GeV encajaba a la perfección (debido a la equivalencia entre masa y energía, la masa de las partículas suele expresarse en electronvoltios). Y eso fue precisamente lo que encontraron los científicos en el LHC. El problema radica en que nadie entiende por qué la masa de del bosón de Higgs toma ese valor. Es más, desde los años ochenta, se sabe que los efectos cuánticos deberían hacer que la masa del Higgs fuese muchísimos órdenes de magnitud mayor.

La supersimetría ofrece una solución. Este marco teórico postula una conexión subyacente entre las partículas de materia (quarks y leptones) y las que median las interacciones (fotones, gluones y bosones W y Z). También predice todo un abanico de nuevas partículas, las cuales han sido bautizadas con nombres tan exóticos como squarks  (asociadas a los quarks) o higgsinos (relacionadas con el bosón de Higgs). Estas interaccionarían con las partículas del modelo estándar de tal forma que las correcciones cuánticas a la masa del  higgs se cancelarían, dando como resultado una masa similar a la observada en el LHC.

Muchos pensaban que las partículas supersimétricas aparecerían cuando el Gran Colisionador  Electrón-Positrón (LEP),  el predecesor del  LHC en el CERN, comenzó a funcionar hace más de 25 años. No fue así. Y el hecho de que tampoco lo hayan hecho en el LHC, mucho mayor y más potente, ha aterrorizado a más de un físico (véase «La supersimetría y la crisis de la física» por Joseph Lykken y María Spiropulu.

Con todo, aún hay esperanzas. Algunas investigaciones teóricas recientes sugieren que los  higgsinos estarían al alcance del LHC, solo que ocultos en la maraña de partículas generadas en los choques protón-protón que lleva acabo el acelerador. Es aquí donde destaca el ILC. Sus colisiones serían menos energéticas que las del  LHC, pero tendrían lugar entre electrones y positrones. A diferencia de los protones, que son partículas compuestas (por quarks y gluones), los electrones y los positrones son elementales. Como consecuencia, las colisiones serían mucho más limpias y las señales de los posibles  higgsinos podrían identificarse con facilidad.

La construcción del  ILC costaría 10.000 millones de euros, aproximadamente el doble que la del LHC. De hecho, probablemente esa cifra sea inasumible para cualquier país, por lo que la participación internacional resultará clave. Pero merecerá la pena.

Varias consideraciones teóricas apuntan a que el ILC debería producir higgsinos, sleptones  (los supercompañeros de los leptones) y otras partículas. De ser el caso, el ILC  confirmaría la supersimetría, un modelo del mundo subatómico que hace tiempo que los físicos tienen por cierto. Además, debido a que los higgsinos podrían constituir al menos una parte de la materia oscura que llena el cosmos, su detección contribuiría a resolver uno de los grandes misterios pendientes de la astrofísica. Y si, a pesar de todo, las partículas supersimétricas siguen sin aparecer, la ciencia habrá avanzado igualmente, ya que los teóricos de altas energías redirigirán su atención a otras posibilidades. Sea como sea, lo que aprendamos contribuirá a nuestra comprensión de las leyes  de la Naturaleza y nos ayudará a entender sus implicaciones sobre El Origen y la Evolución del Universo.

Fuente: Foro científico: Jenny List, Vernon D. Barger y Howard Baer.