El colisionador logra una lista de cosas por hacer aún más exótica

El Gran Colisionador de Hadrones podría arrojar pruebas de una nueva física antes de lo esperado.

Como si el Gran Colisionador de Hadrones (LHC) no tuviese ya bastantes cosas que buscar. Ya se le ha encargado la búsqueda del

legendario bosón de de Higgs, dimensiones extra y supersimetría, pero los físicos siguen añadiendo fenómenos aún más elaborados a esta lista de la compra – incluyendo dimensiones que se desvanecen y que podrían explicar la expansión acelerada del universo. Algunos defienden que las señales de una nueva y exótica física podrían revelarse en el LHC mucho antes de lo esperado.

En marzo, el LHC, situado en el CERN, la instalación de física de partículas de Europa cerca de Ginebra en Suiza, empezó a colisionar protones a energías de 7 billones de electrónvoltios — la mitad del objetivo final pero ya tres veces más que su rival más cercano, el Tevatron en Batavia, Illinois. Esta semana, los físicos de partículas se reúnen en la Conferencia Internacional de Física de Alta Energía (ICHEP) en París para debatir qué esperan encontrar – y cuándo podrían surgir los descubrimientos.

En las primeras posiciones de la lista de peticiones de los físicos sigue el bosón de Higgs, la esquiva partícula que se cree que es parte del mecanismo que da al resto de partículas su masa. Si el modelo estándar de la física de partículas ha predicho correctamente sus características, recopilar los suficientes datos para encontrar el Higgs debería llevar aún un par de años más, dice Albert de Roeck, viceportavoz del experimento CMS del LHC.

Pero más allá del Higgs, los investigadores esperan ver evidencias de una nueva física. Hasta el momento, los experimentos en aceleradores han confirmador repetidamente las predicciones del modelo estándar, que abarca todas las partículas descubiertas, el Higgs y tres de las fuerzas fundamentales de la naturaleza: electromagnetismo; la fuerza débil que controla la radiactividad; y la fuerza fuerte que une los quarks entre sí. “Es molesto dado que desde una perspectiva matemática, sabemos que el modelo estándar debe estar equivocado”, dice Greg Landsberg, físico de partículas de la Universidad de Brown en Providence, Rhode Island. El modelo colapsa en las altas energías (tales como las que se predice que hubo en los inicios del universo), dando un número infinito de respuestas para la fuerza de las interacciones entre partículas, a menos que los físicos amañen los números.

Un añadido al modelo estándar que elimina este ajuste fino es la supersimetría (SUSY), que propone la existencia de unos gemelos más pesados para todas las partículas conocidas. Los gemelos SUSY podrían mostrarse en el LHC en un par de años, dice de Roeck.

El otro gran premio para el LHC sería la evidencia de dimensiones extra. Éstas se proponen desde algunas formas de la Teoría de Cuerdas, la cual describe los bloques básicos del universo como unas hebras que vibran continuamente. Si existen las dimensiones extra, su presencia podría mostrarse como una pérdida de energía en los restos de las colisiones, indicando que algunas partículas creadas en el impacto pueden acceder a estas dimensiones. Los agujeros negros en miniatura que podrían aparecer durante las colisiones podrían también revelar los efectos gravitatorios de estas dimensiones, comenta de Roeck.

El acelerador ya ha alcanzado las altas energías necesarias para que surjan estos exóticos efectos, pero la máquina tiene que aumentar su ritmo de colisión para generar suficientes datos para demostrar que las anomalías son algo más que fluctuaciones estadísticas, dice de Roeck.

Algunos defienden que al centrarse en SUSY y las dimensiones extra, los físicos podrían pasar por alto señales anteriores de una nueva física. Zoltan Ligeti, físico en el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley en California, y sus colegas han calculado que conforme aumente este ritmo, el LHC generará suficientes colisiones para producir una señal clara de una partícula hipotética llamada ‘diquark’ propuesta por algunas formas de la Teoría de Cuerdas. “Incluso con relativamente pocos datos del LHC, podrías demostrar que el modelo estándar es incorrecto, si sabes qué buscar”, dice Ligeti, que tiene una lista de nuevas partículas a buscar que desvelará en el ICHEP.

Landsberg espera vencer al modelo estándar a lo grande. Presenta una ambiciosa nueva teoría en la que el número de dimensiones del universo incrementa conforme aumenta de tamaño. Él y sus colegas proponen que el universo empezó teniendo una dimensión espacial y una temporal. “Piensa en el universo como en una hebra unidimensional que gradualmente se teje a sí misma en un tapiz bidimensional conforme crece, y luego se enrolla sobre sí mismo para crear tres dimensiones”, dice.

Reducir las dimensiones espaciales de los inicios del universo evita los problemas con el modelo estándar, debido a que los infinitos no deseados surgen sólo de las ecuaciones que describen tres dimensiones, dice Landsberg. El equipo ha calculado también que una cuarta dimensión espacial mostraría una energía intrínseca que empuja al universo tridimensional hacia fuera. El efecto encaja aproximadamente con la aceleración de la expansión cósmica, actualmente atribuida a la misteriosa ‘energía oscura’. “La energía oscura es un eco de la cuarta dimensión”, defiende Landsberg.

Dimensiones que se desvanecen

El LHC podría revelar una “espectacular evidencia” de una dimensión espacial desvaneciéndose conforme la máquina se aproxima a las condiciones de alta energía vistas poco después del Big Bang, dice Landsberg. Si sus ideas son correctas, entonces el LHC pronto empezará a acceder a un universo bidimensional. “Los restos de colisiones que se esperaría que se dispersaran en tres dimensiones, quedarían confinadas a un plano bidimensional”, señala.

Las evidencias de dimensiones que se desvanecen pueden haber sido ya observadas en la lluvia de partículas creadas por los rayos cósmicos que entran en nuestra atmósfera. Hace poco llegó hasta De Roeck un grupo de físicos que había encontrado algunos “resultados peculiares” mientras re-analizaban datos de rayos cósmicos recopilados hace 15 años en las montañas de Pamir en Asia central. “En lugar de chorros de partículas dispersándose por todas partes, como se esperaría, los chorros estaban extrañamente alineados de una forma que no se podían explicar mediante los modelos convencionales”, dice de Roeck. La colaboración CMS ya está planeando ver si pueden reproducirse los efectos en el LHC (M. Deile et al. http://arxiv.org/abs/1002.3527v1; 2010).

“El modelo de Landsberg sigue siendo altamente especulativo, pero podría ser que la firma del mismo ya se haya observado”, dice de Roeck. “Es algo que ciertamente queremos intentar confirmar o descartar en el LHC”.

Artículo traducido y posteado en Ciencia Kanija, el original se publicó en Nature, su autor es Zeeya Merali.