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Astropartículas: paso a paso para completar el puzle de la materia

Aunque la física de partículas consiguió colarse en las portadas de todos los periódicos con la confirmación de la existencia del bosón de Higgs, a los físicos les sabe a poco: nada nuevo bajo el sol, ‘simplemente’ se demuestra la validez del modelo estándar con esta pieza fundamental del puzle. ¡Con lo que ellos desean ir más allá! Nos lo cuenta María Luisa Sarsa, profesora de la Universidad de Zaragoza que investiga en detección directa de materia oscura en el Laboratorio Subterráneo de Canfranc.

Aquí no hay triunfalismos que valgan. Hasta el punto de que "se podría decir que la física de partículas no ha avanzado sustancialmente en los últimos 25 años, puesto que sigue vigente el mismo modelo fundamental de partículas e interacciones, y los hitos más relevantes en este campo no han hecho sino completarlo y afianzarlo", afirma María Luisa Sarsa, profesora de Física Atómica, Molecular y Nuclear de la Universidad de Zaragoza.

Ni siquiera la puesta en marcha del Gran Colisionador de Hadrones (LHC) del Cern, el hito más importante en este periodo, ha pisado el acelerador, pues "no se han producido esos grandes avances más allá del modelo vigente que se esperaba que generara".

A cada cual, lo suyo: "LHC ha permitido confirmar, con un nivel de precisión impresionante, la validez del modelo estándar de la física de partículas, que ha pasado con nota todos los ‘exámenes’ y ha sido completado con una pieza imprescindible, y que faltaba en el puzle de constituyentes elementales: el bosón de Higgs, que da masa al resto de las partículas". Sin embargo, las expectativas puestas en los datos del LHC iban mucho más allá: "Se esperaba que encontrara indicios claros de física más allá de este modelo estándar, que muchas teorías predecían. Los resultados negativos no son tan espectaculares como los positivos, pero igualmente valiosos".

Pero, al margen de este modelo, lo que vamos descubriendo "sigue justificando el desarrollo de teorías que vayan más allá de lo que conocemos". Y aquí entran en escena los neutrinos y el bosón de Higgs.

El bosón

Salta a la fama "el descubrimiento de que los neutrinos tienen masa a través de la observación de las oscilaciones de sabor ha puesto en evidencia un comportamiento sorprendente de estas elusivas partículas y que sus débiles interacciones con el resto del Universo no son todavía entendidas en el marco del modelo estándar de la física de partículas", indica Sarsa.

Y el descubrimiento del bosón de Higgs ha completado el modelo estándar, explicando cómo las partículas adquieren su masa. Pero "este descubrimiento, por el momento, parece haber contribuido más a cerrar una etapa que a avanzar realmente en direcciones novedosas", valora.

Sin embargo, nuevos ámbitos de investigación, "relacionados con la física de partículas tal vez de forma algo indirecta, han conseguido avances importantísimos en estos 25 años". En este capítulo encontramos la observación de la expansión acelerada del Universo, "que cambió sustancialmente el modelo cosmológico estándar, requiriendo la incorporación de una componente desconocida: la energía oscura".

Asimismo, "las medidas de alta precisión de la radiación cósmica de fondo de microondas han permitido un ajuste fino de los parámetros de diferentes modelos cosmológicos, cuantificando de forma impresionante el contenido del Universo en materia y energía oscuras, o acotando la masa de los neutrinos, por ejemplo".

Por último, la reciente detección de ondas gravitacionales "abre una puerta para observar con otros ojos el Universo y avanzar en nuevas direcciones, explorando la validez de la Relatividad General y de nuevos marcos propuestos para la unificación de la Gravitación y el resto de las interacciones fundamentales".

¿Hallaremos nuevas formas de buscar?
La comprensión del Universo ha avanzado de forma impresionante "gracias a satélites cargados de instrumentación de la más alta tecnología y telescopios, también con base terrestre, incluso algunos enterrados en minas o debajo de montañas en laboratorios subterráneos, como el de Canfranc, o bajo la capa de hielo polar en la Antártida", señala María Luisa Sarsa. Hoy en día, "hemos observado el Universo en todas las longitudes de onda del espectro electromagnético con una precisión sin precedentes, hemos observado neutrinos de origen extragaláctico y ondas gravitacionales producidas en la fusión de agujeros negros". Desde instalaciones tan relevantes como el telescopio espacial Hubble, los interferómetros Ligo-Virgo, el telescopio de neutrinos Ice-Cube o el detector Superkamiokande.

"Aunque ningún acelerador que podamos construir en la Tierra será capaz de explorar sucesos de energía tan alta como los que se producen en el Universo –reconoce Sarsa–, es cierto que la observación de estos últimos está mucho más sometida a efectos sistemáticos y al azar que la medida en el laboratorio". La comunidad científica internacional está poniendo las bases para la siguiente generación de aceleradores. "Todavía en proyecto se puede destacar el ILC (International Linear Collider) en Japón, en competencia con algunas otras propuestas de aceleradores circulares. En Estados Unidos se ha apostado por el estudio de los neutrinos, estando ya aprobada la construcción de una instalación singular, la Long Baseline Neutrino Facility, que incluye el haz de neutrinos más intenso jamás construido y los detectores necesarios para su estudio, uno próximo al haz en el Fermilab, cerca de Chicago, y el otro a 1.300 km de distancia, enterrado en la Sanford Underground Research Facility, en Dakota del Sur".

El sueño científico de una física de astropartículas
Sin lugar a dudas, sueño con el descubrimiento de la naturaleza de la materia y energía oscuras, que dominan el presupuesto energético del Universo. La resolución de este problema fundamental implica sobrepasar los límites de la física actual, sea cual sea la explicación, lo que permitirá abrir a la investigación campos de estudio y aplicación totalmente novedosos.

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