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El «ingenioso» experimento del CERN que buscará las misteriosas «partículas fantasma»

  • Pallab Ghosh
  • Role,Corresponsal de Ciencia, BBC News
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  • Durante mucho tiempo, algunos físicos han sospechado de la existencia de un tipo de misteriosas partículas «fantasma» en el mundo que nos rodea, las cuales podrían mejorar enormemente nuestra comprensión de la verdadera naturaleza del universo.

    Ahora los científicos creen haber encontrado una manera para demostrar si existen o no.

    El Centro Europeo de Investigación Nuclear (CERN, por sus siglas en francés) ha aprobado un experimento diseñado para encontrar pruebas de su existencia.

    El nuevo instrumento será mil veces más sensible a este tipo de partículas que los dispositivos anteriores.

    Chocará partículas contra una superficie dura para detectarlas en lugar de hacerlo chocando contra otras como lo hace actualmente el dispositivo principal del CERN, el Gran Colisionador de Hadrones (LHC).

    ¿Qué son las partículas fantasma?

    Entonces, ¿qué son estas partículas fantasmales y por qué se necesitaba un nuevo enfoque para detectarlas?

    La teoría actual de la física de partículas se llama Modelo Estándar.

    Dice que todo en el universo está formado por una familia de 17 partículas –algunas muy conocidas, como el electrón y el bosón de Higgs, y otras menos conocidas, pero maravillosamente nombradas, como el quark encantado, el neutrino tauónico y el gluon.

    Algunas se mezclan en diferentes combinaciones para formar las partículas más grandes, pero aún increíblemente pequeñas, que forman el mundo que nos rodea, así como las estrellas y galaxias que vemos en el espacio, mientras que otras están involucradas en las fuerzas de la naturaleza.

    Pero hay un problema: los astrónomos han notado cosas en los cielos (la forma en que se mueven las galaxias, por ejemplo) que sugieren fuertemente que todo lo que podemos observar constituye sólo el 5% del universo.

    Gráfico que explica cómo se distribuye la materia en el universo

    Una parte, o incluso todo el resto del universo, podría estar formado por partículas «fantasmas» u «ocultas».

    Se cree que son dobles fantasmas de las 17 partículas del Modelo Estándar.

    Si existen, son realmente difíciles de detectar porque rara vez interactúan con el mundo que conocemos. Como fantasmas, atraviesan todo y no pueden ser detectadas por ningún dispositivo terrestre.

    Pero la teoría establece que las partículas fantasma pueden, muy raramente, desintegrarse en partículas del Modelo Estándar, y así, pueden ser medidas por detectores.

    El nuevo instrumento eleva las posibilidades de detectar estas desintegraciones al aumentar considerablemente el número de colisiones.

    En lugar de hacer chocar partículas entre sí, como hacen la mayoría de los experimentos actuales, la Búsqueda de Partículas Ocultas (SHiP) las estrellará contra un gran bloque de material.

    Esto significa que todas las partículas se romperán en pedazos más pequeños, en lugar de solo una parte. El siguiente diagrama muestra por qué este enfoque de «objetivo fijo» es mucho más eficaz.

    Gráfico que muestra cómo funcionan las colisiones

    El jefe «cazafantasmas» del proyecto, el profesor Andrey Golutvin del Imperial College de Londres, dijo que el experimento «marca una nueva era en la búsqueda de partículas ocultas».

    «SHiP tiene la posibilidad única de resolver varios de los principales problemas de la física de partículas, y tenemos la posibilidad de descubrir partículas que nunca antes se han visto», señaló.

    La búsqueda de partículas fantasma requiere equipos especialmente adaptados.

    En experimentos normales, por ejemplo con el Gran Colisionador de Hadrones, se pueden detectar nuevas partículas hasta a un metro de la colisión.

    Pero las partículas fantasma pueden permanecer invisibles y viajar varias decenas o incluso cientos de metros antes de desintegrarse y revelarse.

    Entonces los detectores de SHiP se colocan mucho más lejos.

    «Somos exploradores»

    El profesor Mitesh Patel del Imperial College describió el nuevo enfoque como «ingenioso».

    «Lo que realmente me atrae del experimento es que estas partículas están justo delante de nuestras narices, pero nunca hemos podido verlas debido a la forma en que interactúan, o más bien a la forma en que no interactúan.

    «Somos exploradores y creemos que podemos ver algo interesante en este nuevo terreno. Así que tenemos que echar un vistazo», explicó.

    El SHiP se construirá dentro de las instalaciones existentes en el CERN, según Claudia Ahdida, física del centro con sede en Suiza.

    «Haremos uso de una caverna, infraestructura y piezas existentes que intentaremos reutilizar tanto como sea posible y lo que tendremos es una instalación que nos ayudará a buscar este sector oculto, que no se ha visto antes», indicó.

    El SHiP se ejecutará junto con todos los demás experimentos del CERN, el mayor de los cuales es el Gran Colisionador de Hadrones, que ha estado buscando el 95% faltante del universo desde que se completó en 2008 a un costo de US$4.750 millones.

    Hasta ahora no ha encontrado partículas que no sean del Modelo Estándar, por lo que el plan es construir una máquina que sea tres veces más grande y mucho más potente.

    Gráfico que muestra dónde quedará el nuevo colisionador

    El futuro colisionador circular tiene un costo inicial estimado de US$7.000 millones. Su fecha de inicio prevista es a mediados de la década de 2040, aunque no alcanzará su máximo potencial de búsqueda de partículas hasta 2070.

    Por el contrario, el experimento SHiP está previsto que empiece a buscar nuevas partículas en 2030 y será 100 veces más barato, alrededor de US$120 millones.

    Pero los investigadores dicen que se necesitan todos los enfoques para explorar todas las opciones posibles con el fin de encontrar las partículas que, según dicen, conducirían a uno de los mayores avances de la física de todos los tiempos.

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