Las oportunidades en Física de Partículas Elementales

lunes, 16 de mayo de 2011
Simulación de la desintegración de un Z + Higgs a cuatro 'chorros', tal como se vería en el detector ILC
Crédito: Norman Graf

La física de partículas elementales (El estudio de los componentes fundamentales y la naturaleza del Universo) está a punto de dar el siguiente paso importante en la búsqueda de responder a algunas de las preguntas que la humanidad se ha hecho desde hace milenios: ¿Cuál es la naturaleza del Espacio y el Tiempo? ¿Cuál es el origen de la materia? ¿Cómo comenzó el Universo? ¿Cómo evolucionará? Las siguientes décadas podrían ser uno de los periodos más apasionantes en la historia de la Física.

Uno de los grandes logros de la física del siglo XX fue el desarrollo del Modelo Estándar de partículas elementales, el cual describe las relaciones entre las partículas elementales conocidas y las características de tres de las cuatro fuerzas fundamentales (Electromagnetismo, la Fuerza Nuclear Fuerte y la Débil). Son embargo, en las regiones de energía es donde los físicos están apenas comenzando a experimentar y donde el Modelo Estándar hace evidente que está incompleto. Es incapaz de reconciliar los dos pilares de la física del siglo XX, la teoría de la relatividad general de Einstein y la mecánica cuántica. Además, las recientes observaciones astronómicas diarias indican que la materia solo aporta el 4% de las sustancias totales en el Universo. El resto del Universo consiste de entidades hipotéticas denominadas Materia Oscura y Energía Oscura que no son descritas por el Modelo Estándar. Otros retos para el Modelo Estándar se plantean por el predominio de la materia sobre la antimateria  en el Universo, la evolución temprana del Universo y el descubrimiento de las elusivas partículas  conocidas como neutrinos, con una masa muy ínfima, pero diferente de cero. Así, a pesar de lo extraordinario del Modelo Estándar, parece probable que se alcanzará una comprensión más profunda de la naturaleza por los físicos que continúan estudiando los componentes fundamentales del Universo.

Los físicos de partículas elementales utilizan una gran variedad de fenómenos naturales para investigar las propiedades y las interacciones entre las partículas. Reúnen los datos de la radiación cósmica y neutrinos solares, observaciones astronómicas, medidas precisas de partículas individuales y el monitoreo de grandes cantidades de materia cotidiana. Además, los avances cruciales históricamente han sido proporcionados por los aceleradores de partículas y los detectores complejos utilizados para estudiar las colisiones de partículas en ambientes controlados. En la actualidad, los aceleradores más poderosos son el Tevatron, en el FermiLab (Fermi National Accelerator Laboratory) en Batavia, Illinois y el LHC (Large Hadron Collider) en el CERN, en Ginebra, Suiza. Ambas evidencias, tanto la teórica como la experimental sugieren que la nueva física revolucionaria surgirá de las energías a las que se tenga acceso en el LHC.

Más allá del LHC, los físicos de todo el mundo están diseñando un nuevo acelerador conocido como el ILC (International Linear Collider), el cual utilizará dos aceleradores lineales para colisionar haces de electrones y positrones. En conjunto, el LHC y el ILC permitirán a los físicos explorar la unificación de las fuerzas fundamentales, sondear el origen de la materia, descubrir la naturaleza dinámica del ‘vacío’ del espacio, profundizar en la comprensión de los procesos estelares e investigar la naturaleza de la materia oscura. Estas tareas no pueden lograrse solo con el LHC.

Referencias


The International Linear Collider
Jonathan Bagger et al.

International Linear Collider
Reference Design Report

International Linear Collider
Website

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