Uno de los grandes retos del Gran Colisionador de Hadrones (LHC) es averiguar por qué las partículas tienen masa. La respuesta propuesta por el Modelo Estándar, teoría que define las interacciones entre partículas fundamentales, es otra partícula: el bosón de Higgs, que aún no ha sido detectada. El físico teórico Guido Altarelli, que en los años 70 contribuyó a la definición del Modelo Estándar y que ha dirigido la división teórica del Laboratorio Europeo de Física de Partículas (CERN), opina que el LHC puede descubrir una realidad mucho más compleja que la predicha por la teoría.
En una conferencia impartida recientemente en el Instituto de Física Corpuscular (IFIC, Consejo Superior de Investigaciones Científicas-Universitat de València), Altarelli valoró el actual estado de funcionamiento del LHC, que comenzó a operar con las energías de colisión más altas alcanzadas nunca en un acelerador de partículas el pasado 30 de marzo, 7 teraelectronvoltios (TeV). Para Altarelli “el LHC está todavía empezando a funcionar, por lo que su funcionamiento todavía es regular”.
La luminosidad instantánea del acelerador (medida que arroja la cantidad de colisiones entre partículas observada) “es todavía baja”, aunque continúa creciendo desde el 30 de marzo y se han llegado a registrar colisiones del orden de 6x1028 protones por segundo y centímetro cuadrado. Según Altarelli, la luminosidad aumenta por la conjunción de varios factores: el incremento de paquetes de protones lanzados alrededor de la circunferencia del LHC, que ha pasado de 2 a 6; el aumento de la cantidad de protones que viajan en cada uno; y mediante la “compresión” de estos paquetes. Con esto, a finales de 2010 se espera que la luminosidad llegue al orden de 6x1032 protones por centímetro cuadrado.
Mejoras para 2011
Para Altarelli, otro objetivo fundamental para lograr alcanzar la energía para la que está diseñado el LHC es mejorar los sistemas magnéticos, complejo sistema encargado de refrigerar los imanes superconductores que dirigen los haces de partículas por el anillo del acelerador hasta temperaturas de -270º C, cercanas al cero absoluto. Esta serie de mejoras se llevarán a cabo hasta finales de 2011, proceso tras el cual el acelerador volverá a parar alrededor de un año (2012). Sólo tras este proceso se iniciará otra vez su funcionamiento y podrá alcanzar su energía nominal (14 TeV, 7 por cada haz).
En cuanto a la detección de una vibración de naturaleza desconocida en los haces que circulan por el acelerador, el científico italiano no le da importancia puesto que “la compleja máquina del LHC se está ajustando y, de hecho, se han conseguido buenos resultados con los haces al lograr funcionamientos continuos durante 31 horas”.
Así, el LHC espera obtener una luminosidad integrada (la luminosidad acumulada durante un periodo de tiempo, que determina el número total de colisiones observado) de 1 femto-barn inverso (1 fb-1) con la actual energía de funcionamiento de 7 TeV. Si se compara con el acelerador del Fermilab (Tevatrón, en los EE.UU.), cuya luminosidad actual es de 6 femto-barn inversos y espera llegar a los 10, puede parecer poco, pero, según Altarelli, la combinación de la luminosidad con el rango de energías de colisión (unos 2 TeV en centro de colisión de masas en el Tevatrón), otorga mayor potencial de descubrimiento al LHC.
Más Higgs de los previstos
En relación con el reciente anuncio realizado por científicos del experimento DZero de Fermilab sobre el descubrimiento de evidencias “significativas” sobre la asimetría materia-antimateria (un 1% más de formación de partículas que de antipartículas de lo que predice el Modelo Estándar), Altarelli opina que “es una medida indirecta y bastante optimista” en cuanto al error que le supone a la teoría, por lo que “la medida debe ser revisada”. En este sentido, el investigador italiano sugiere que “el experimento LHCb está en una posición inmejorable para confirmar esta medida”, puesto que está especialmente diseñado para estudiar el decaimiento de los mesones B, partículas a partir de las cuales se ha observado el fenómeno en Fermilab.
Sobre el descubrimiento del bosón de Higgs, Altarelli intuye una realidad más compleja que la que establece el Modelo Estándar, que sólo prevé una partícula que otorgaría masa al resto. “Si se hacen descubrimientos relacionados con la supersimetría se pueden encontrar más partículas de Higgs que las previstas”. Según Altarelli, el Modelo Estándar es una convención teórica aceptada para poder predecir, pero “la realidad puede resultar más compleja”. “Incluso si no se descubre el (bosón de) Higgs, o se descubre algo totalmente inesperado como dimensiones extra, esto requerirá nuevos esfuerzos científicos de comprensión, lo que a la postre vendrá a reforzar las teorías”, argumenta.
Futuros aceleradores
En este sentido, Altarelli opina que hay un consenso científico para esperar a los primeros resultados de LHC antes de diseñar la siguiente generación de aceleradores de partículas (el futuro acelerador lineal). Estas máquinas serán “herramientas de precisión” que servirán para estudiar lo que se descubra en LHC pero, “si no se descubre nada, no se puede estudiar la nada con precisión”. En cualquier caso, “si se descubre el Higgs en LHC todavía quedará por delante estudiar los mecanismos de su decaimiento”. Si se descubre el gluino, una partícula supersimétrica del gluón (la partícula responsable de la interacción fuerte), habría que detectar también sus partículas “compañeras”… En el futuro “seguirá habiendo mucho trabajo experimental que hacer”, resume Altarelli.
Este científico liderara a partir de 2026 el mayor laboratorio de física de partículas del mundo. Mark Thomson tendrá el reto de impulsar proyectos de enorme envergadura, como la posible construcción de un nuevo acelerador de casi 100 kilómetros de longitud, que transformaría el panorama de la física.
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