El bosón W es una partícula muy especial. Y es que es, junto al Z, el responsable de la mediación que tiene lugar en la interacción nuclear débil, que es una de las cuatro fuerzas fundamentales de la naturaleza junto a la interacción electromagnética, la gravedad y la fuerza fuerte. Los físicos suelen colocar a este mismo nivel el campo de Higgs, que es otra interacción fundamental que explica cómo las partículas adquieren su masa, pero para facilitar su comprensión los textos suelen recoger como fuerzas fundamentales las cuatro anteriores.

La interacción nuclear débil es la responsable de la desintegración radiactiva de las partículas subatómicas, y, curiosamente, los bosones W y Z que intervienen en ella son más pesados que los protones y los neutrones que podemos encontrar en el núcleo de los átomos. De hecho, la masa del bosón W es unas 80 veces mayor que la de un protón. Lo sorprendente es que a los físicos no les ha resultado nada fácil determinarla. De hecho, lo han logrado en varias ocasiones, pero no con la precisión que acaba de alcanzar el experimento CMS del CERN (Organización Europea para la Investigación Nuclear).

El Modelo Estándar continúa siendo sólido como una roca

En marzo de 2023 los físicos del CERN que trabajan en el experimento ATLAS dieron a conocer sus últimas medidas de la masa del bosón W. Y, como cabía esperar, confirmaron que coinciden con la predicción del modelo teórico. A priori podemos concluir que no hay nada sorprendente en este acontecimiento, pero es importante que no pasemos por alto que tan solo un año antes, en 2022, el experimento CDF de Fermilab, en EEUU, había concluido que la masa del bosón W es mucho mayor que la que predecía el Modelo Estándar.

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La masa de esta partícula inquieta a los físicos desde hace mucho tiempo, pero el hallazgo de Fermilab desencadenó una carrera desaforada por medirla con la máxima precisión posible. Aquí es donde estamos ahora, aunque en esta ocasión el protagonista es el experimento CMS del CERN. Cuando los físicos del experimento ATLAS dieron a conocer su última medida de la masa del bosón W en marzo de 2023 consiguieron incrementar la precisión de la medida que ellos mismos habían obtenido en 2017.

Este resultado está alineado tanto con la predicción del Modelo Estándar como con todas las medidas anteriores. La única excepción es, como hemos visto, la medida que obtuvieron en 2022 los físicos de Fermilab utilizando el ya veterano colisionador protón-antiprotón Tevatron. El problema es que el resultado que arrojó hace dos años este experimento era extraordinariamente preciso. Según los físicos de Fermilab la masa del bosón W es 80.433,5 MeV con una incertidumbre de 9,4 MeV. Pero, afortunadamente, ya tenemos la primera medida de la colaboración CMS.

Su precisión es equiparable a la que obtuvieron los físicos de Fermilab hace dos años, aunque la medida del experimento CMS, al igual que las que ha entregado hasta ahora ATLAS, está alineada con la predicción del Modelo Estándar. El resultado que han obtenido los físicos de CMS para la masa del bosón W es 80.360,2 MeV con una incertidumbre de 9,9 MeV. "Las mediciones de la masa del W son muy desafiantes debido a que implican mediciones delicadas y modelado teórico de la producción del bosón W y su desintegración en un leptón y un neutrino que escapa a la detección", explica Gautier Hamel de Monchenault, portavoz del experimento CMS.

Es muy probable que en un futuro cercano los físicos del CERN, los de Fermilab o los de algún otro laboratorio de física de partículas logren medir este mismo u otro parámetro del bosón W aún con más precisión. Y será, de nuevo, un gran paso hacia delante debido a que la posibilidad de encontrar una inconsistencia en las predicciones del Modelo Estándar abrirá de par en par una puerta que los físicos están deseando derribar: la que puede llevarles a identificar nuevas partículas y fuerzas. No lo decimos nosotros, aunque lo compartimos. Lo asegura el propio CERN.

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El bosón W es, junto al Z, una de las partículas responsables de la mediación que tiene lugar en la interacción nuclear débil, que es una de las cuatro fuerzas fundamentales de la naturaleza junto a la interacción electromagnética, la gravedad y la interacción nuclear fuerte. Los físicos suelen colocar a este mismo nivel el campo de Higgs, que es otra interacción fundamental que explica cómo las partículas adquieren su masa, pero para facilitar su comprensión los textos suelen recoger como fuerzas fundamentales las cuatro que acabo de mencionar.

La interacción nuclear débil es la responsable de la desintegración radiactiva de las partículas subatómicas, y, curiosamente, los bosones W y Z que intervienen en ella son más pesados que los protones y los neutrones que podemos encontrar en el núcleo de los átomos. De hecho, la masa del bosón W es unas 80 veces mayor que la de un protón. Lo sorprendente es que a los físicos no les ha resultado nada fácil determinarla. Y lo que resulta aún más impactante es que la medida que recogió el laboratorio Fermilab (EEUU) arrojó en su momento una disparidad significativa con la predicción del Modelo Estándar de la física de partículas.

Gracias al experimento ATLAS del CERN ya conocemos un poco mejor el bosón W

Los físicos que participan en el experimento ATLAS se acaban de apuntar un tanto. Un tanto muy importante. Y es que han medido por primera vez utilizando el acelerador de partículas LHC (Large Hadron Collider) un parámetro del bosón W conocido por los físicos como "anchura" con más precisión que nunca. Este valor fue obtenido previamente por el laboratorio Fermilab empleando el colisionador Tevatron, y también por el propio CERN utilizando el colisionador LEP (Large Electron-Positron). El valor medio que obtuvieron ambos laboratorios fue de 2.085 ± 42 MeV, que es consistente con la predicción del Modelo Estándar.

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Lo emocionante es que el valor de este parámetro del bosón W que han obtenido los físicos del CERN utilizando el acelerador LHC y el detector ATLAS ha sido 2.202 ± 47 MeV. Como podemos ver, es muy diferente al valor medio que obtuvieron en su día el laboratorio Fermilab y el propio CERN, pero sigue siendo coherente con el Modelo Estándar. Además, es importante que no pasemos por alto que, como he mencionado en el párrafo anterior, esta última medida es la más precisa de todas. Y en el ámbito de la física de partículas obtener una medida más precisa puede poner delante de los científicos la oportunidad de vislumbrar nueva física.

De hecho, para poder recoger esta medida tan precisa los físicos de ATLAS se han tenido que esforzar para ampliar su conocimiento acerca de la estructura interna del protón. Además, por el camino han desarrollado un ingenioso método estadístico que con toda seguridad resultará de ayuda también en otros experimentos. Es muy probable que en un futuro cercano los físicos del CERN, los de Fermilab o los de algún otro laboratorio de física de partículas logren medir este mismo u otro parámetro del bosón W aún con más precisión.

Y será, de nuevo, un gran paso hacia delante debido a que la posibilidad de encontrar una inconsistencia en las predicciones del Modelo Estándar abrirá de par en par una puerta que los físicos están deseando derribar: la que puede llevarles a identificar nuevas partículas y fuerzas. No lo decimos nosotros, aunque lo compartimos. Lo asegura el propio CERN. Con un poco de suerte quizá la tan ansiada nueva física que los científicos llevan tanto tiempo buscando está más cerca de lo que podemos intuir ahora mismo.

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Los llamamos “químicos eternos” porque se trata de moléculas casi indestructibles. Ahora contamos con una herramienta que podrá ayudarnos a luchar contra ellos: un acelerador de partículas.

A2D2. Un equipo de investigadores del Fermilab ha comprobado que es posible destruir estos contaminantes a través de haces de electrones, utilizando para ello un acelerador de partículas: el A2D2 (Accelerator Application Development and Demonstration).

Lograron demostrar así que era posible desmontar dos de estos “químicos eternos”, los PFOA y los PFOS. Estos son dos de las moléculas de este tipo halladas con mayor frecuencia en el agua.

“El haz de electrones es una tecnología prometedora para romper las PFAS en grandes volúmenes de agua que contengan grandes concentraciones [de estos contaminentes],” explicaba en una nota de prensa Charlie Cooper, investigador del Fermilab.

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Las moléculas (casi) indestructibles. ¿Qué es lo que hace a estas moléculas tan resistentes? “Químicos eternos” es el sobrenombre por el que se conoce a dos tipos de sustancias, las perfluoroalquiladas y polifluoroalquiladas, comúnmente abreviadas como PFAS. Este grupo abarca más de 4.700 agentes químicos sintéticos, según explica la Agencia Europea del Medioambiente.

Lo que convierte a estas moléculas en ultrarresistentes es el enlace entre los átomos de flúor y los de carbono, una unión molecular muy poco reactiva, y por tanto estable, que en la práctica no se rompe por procesos naturales. Esta falta de reactividad es la que ha hecho estos compuestos muy apreciados cuando se busca crear objetos antiadherentes, desde sartenes hasta envoltorios para hamburguesas, pasando por ordenadores y baterías.

Haces de electrones. Ahora, el equipo ha logrado desarrollar una forma de romper estos sólidos enlaces. El acelerador que emplearon, el A2D2, es un acelerador lineal de electrones capaz de generar una potencia de 1,2 kW en los haces que genera y una energía cinética de 9MeV. Esto es, como comprobaron los investigadores, suficiente para romper las moléculas repartidas en el agua tratada con esta herramienta.

En en trabajo cooperaron investigadores del Fermilab, centro especializado en aceleradores de partículas situado en Estados Unidos, y la empresa del sector químico 3M. “El hecho de que estuviéramos trabajando con 3M, un experto mundial en PFAS, [resultó en] la primera vez que podías encontrar expertos en radiación ionizante, aceleradores de haces de electrones y PFAS trabajando en el mismo proyecto,” añadía Cooper.

¿Matar moscas a cañonazos? Implementar este mecanismo podría ser más fácil de lo que parece. Esta herramienta puede ser utilizada complementando a métodos tradicionales de tratamiento de aguas. Un ejemplo es la ósmosis inversa, un sistema de filtrado de aguas empleado en las plantas de desalinización, capaz de filtrar pero no destruir estas PFAS.

Los haces de neutrones podrían servir como herramienta de tratar la salmuera en estas plantas, efectivamente captando agua marina antes de tratarla y devolver los residuos al mar.

Los responsables advierten, eso sí que será necesario investigar más: aún no se ha comprobado la eficacia de esta herramienta con el conjunto de 4.700 agentes químicos distintos que se engloban en este conjunto de los “químicos eternos”.

Una amenaza invisible. Más de medio siglo de manufactura de estos objetos y su durabilidad han hecho que la concentración de estas moléculas haya crecido notoriamente en las últimas décadas. Hasta convertirse en un problema, especialmente para la salud.

Igual que en el medioambiente, las PFAS pueden acumularse en nuestro cuerpo. Tal y como explica la Agencia de Protección Ambiental estadounidense, existe evidencia de que la exposición a estos agentes puede causar problemas de diversa consideración.

Los PFOA y PFOS se han vinculado con efectos adversos en los sistemas reproductivos e inmunitarios, bajo peso al nacer, problemas tiroidales en el caso de las PFOS, e incluso cáncer en el caso de las PFOA.

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Imágenes | Slavica Grdanovska, investigadora miembro del equipo responsable del estudio. Ryan Postel, Fermilab / Ilustración del haz de electrones rompiendo moléculas en el agua. Samantha Koch, Fermilab

Es imposible que los entusiastas de la física de partículas no nos emocionemos con lo que tiene entre manos ahora mismo el CERN (Organización Europea para la Investigación Nuclear). Los físicos y los ingenieros de este prestigioso laboratorio alojado muy cerca de Ginebra y junto a la frontera entre Suiza y Francia están trabajando en la puesta a punto del acelerador de partículas que va a suceder al LHC (Large Hadron Collider) que tantas alegrías nos ha deparado durante los últimos años.

El HL LHC (High Luminosity Large Hadron Collider o LHC de alta luminosidad), que es como se llamará esta máquina, en realidad no será un nuevo acelerador de partículas. Está siendo construido sobre la base del LHC, aunque, eso sí, el FCC (Futuro Colisionador Circular), que presumiblemente será el acelerador que tomará el relevo al HL LHC, sí será una máquina completamente nueva. Tendrá una circunferencia de 100 km (la del actual LHC mide 27 km), y su construcción arrancará en 2038.

En cualquier caso, lo que nos interesa repasar ahora es que el HL LHC perseguirá poner en las manos de los científicos la posibilidad de elaborar nueva física y ampliar nuestros conocimientos en el ámbito de la física de partículas. En definitiva, de derribar los muros del Modelo Estándar. Para hacerlo posible ha sido diseñado para que sea capaz de producir nada menos que 40 millones de colisiones por segundo. Ahí queda eso. Y si el itinerario del CERN no se ve alterado por ningún imprevisto estará listo en 2030.

Las primeras piezas extranjeras del HL LHC han empezado a llegar al CERN

Un apunte antes de seguir adelante a modo de aclaración: la luminosidad se mide en femtobarns inversos, de manera que cada uno de ellos equivale a 100 billones de colisiones entre protones. Eso sí, se trata de billones en escala larga, por lo que un femtobarn inverso son 100 millones de millones de colisiones. Como podemos intuir, un mayor número de colisiones entre partículas permite a los científicos recabar más información, de manera que una vez que ha sido analizada minuciosamente puede ayudarles a inferir nuevo conocimiento.

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Para incrementar de una manera tan notable el número de colisiones entre partículas, o, lo que es lo mismo, la luminosidad del acelerador, es necesario poner a punto imanes mucho más potentes que sean capaces de alcanzar un nivel de energía de al menos 7 TeV (teraelectronvoltios). Es una auténtica barbaridad. Lo interesante es que los nuevos imanes del HL LHC son un prodigio de la ingeniería. Están fabricados en una aleación de niobio y estaño que adquiere la superconductividad cuando se enfría con helio supercrítico hasta alcanzar una temperatura de -269 ºC.

Esta propiedad es muy importante, de eso no cabe ninguna duda, pero su auténtico superpoder es, precisamente, una consecuencia de esta característica: estos imanes son capaces de generar un campo magnético de 12 teslas. Para poner esta cifra en contexto solo tenemos que fijarnos en que la intensidad del campo magnético terrestre en la superficie de nuestro planeta oscila entre 25 y 65 microteslas (un microtesla equivale a la millonésima parte de un tesla). Solo con un campo magnético tan potente es posible confinar los haces de hadrones con la precisión necesaria en los puntos de colisión de los detectores ATLAS y CMS.

Precisamente hace apenas unos días y después de un mes de viaje ha llegado al CERN el primero de los diez imanes destinados a los puntos de colisión fabricados en EEUU por Fermilab. Lo que han recibido los técnicos del CERN son, en realidad, dos imanes de 4,2 metros de longitud cada uno que una vez ensamblados trabajarán codo con codo con el imán de 7,2 metros de las mismas características que ha sido fabricado en el propio CERN. El vídeo que os dejamos debajo de estas líneas muestra cómo han llevado a cabo los técnicos del CERN la delicadísima manipulación de estos imanes. Nosotros ya nos estamos frotando las manos por las ganas que tenemos de que entren en acción no más allá de 2030.

Imagen de portada: CERN

Más información: CERN

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Desde hace unos años los físicos sospechan que las cuatro interacciones o fuerzas fundamentales conocidas (fuerzas electromagnética, nuclear fuerte, nuclear débil, e interacción gravitatoria) podrían tener una quinta compañera que escapaba aún a nuestra comprensión. Los últimos resultados de Fermilab parecen secundar esta hipótesis.

Nuevas pruebas. Los investigadores del experimento Muon g-2, del centro de investigación estadounidense Fermilab han anunciado recientemente pruebas que podrían señalar hacia la existencia de una quinta interacción fundamental. Lo que es más, el equipo asegura que los resultados podrían llevar al descubrimiento de esta quinta fuerza en un par de años.

El descubrimiento implicaría un cambio importante en el Modelo Estándar de la física de partículas, uno de los pilares de nuestra comprensión sobre los fenómenos físicos que rigen el universo, especialmente las interacciones entre partículas subatómicas. Todo ello propiciado por una de estas partículas: los muones.

Los resultados son sucesores de los anunciados hace dos años por el laboratorio estadounidense. En aquella ocasión los resultados ya señalaban la posibilidad de que existiera algún fallo en el modelo, si bien las pruebas compiladas entonces eran mucho menores.

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Muones rebeldes. Los investigadores hablan de evidencia fuerte, pero no concluyente de la existencia de esta quinta fuerza. La clave está en las partículas subatómicas llamadas muones, un tipo de partícula fundamental semejante a un electrón (ambos son categorizados como leptones y cuentan con idéntica carga y espín) pero de mayor masa.

Lo que los investigadores han observado es que estos muones no se comportan como prevé el modelo teórico (el Modelo Estándar). Esta discrepancia es suficientemente importante como para que los responsables del experimento tengan cierto nivel de confianza con respecto al potencial hallazgo, pero se da una circunstancia curiosa, y es que el nivel de incertidumbre asociado a la teoría fue revisado al alza recientemente. Esto ha hecho que la discrepancia perdiera valor estadístico.

Los investigadores creen que durante los próximos dos años tanto avances en la teoría como en los experimentos permitan afianzar esta discrepancia y con ello poder hablar de pruebas concluyentes.

Resumen de resultados experimentales. Fermilab.

G menos dos. Los resultados han sido obtenidos a través del Muon g-2 (pronunciado ‘g’ menos dos), uno de los experimentos con los que cuenta Fermilab en sus instalaciones. El experimento aceleraba estas partículas a altísimas velocidades (una fracción significativa de la velocidad de la luz) para hacerlas después “tambalearse”. Y lo hacían más de lo esperado.

Los detalles sobre  estos nuevos resultados y sobre cómo se han logrado han sido remitidos para su publicación a modo de artículo en la revista Physical Review Letters. Los datos corresponden a la segunda y tercera iteraciones del experimento g-2, llevadas a cabo en 2019 y 2020 (mientras que los datos publicados en 2021 correspondían a la primera iteración, llevada a cabo en 2018).

Los resultados han afinado las estimaciones obtenidas en la primera iteración hasta doblar en precisión a esta primera medida. La gran cantidad de datos compilados y algunas mejoras técnicas, por ejemplo al hacer más estables los campos magnéticos del experimento, han sido algunos de los cambios que han permitido este avance.

La búsqueda de la “nueva física”. La existencia de una quinta forma de interacción fundamental podría poner patas arriba la física contemporánea y servir de vía de entrada a la tan ansiada “nueva física”. Hace tiempo que los físicos tienen constancia de fenómenos que no resultan explicables para los modelos aceptados como “estándar”.

Ejemplo de ello son la materia oscura y la energía oscura. Sobre ellas no sabemos gran cosa salvo por sus efectos sobre el movimiento de las galaxias. Hablar de una relación entre estas ideas y la (por ahora) hipotética quinta fuerza es de momento especulación, pero atar este tipo de cabos es una de las grandes esperanzas de la física moderna.

Descifrar los secretos de la “nueva física” sólo es posible estudiando los fenómenos donde los modelos actuales fallan. Fallos como el del muón son raros y por eso extremadamente valiosos. El primer paso será confirmarlos con mayor grado de certeza. Lo que venga después será un misterio, quizá uno de los más importantes para la ciencia.

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Imagen | Fermilab

El modelo estándar de la física de partículas es una auténtica proeza. Se desarrolló en varias etapas durante la segunda mitad del siglo pasado gracias al esfuerzo conjunto de cientos de científicos, y nos ha deparado hitos inmensos. De hecho, hasta ahora ha funcionado tan bien, ha descrito con tanta precisión la interacción de las partículas que conocemos, que a los físicos les está costando mucho ir más allá.

Y es imprescindible hacerlo si queremos elaborar nueva física debido a que el modelo estándar no lo explica todo. Ni mucho menos. De hecho, los físicos están convencidos de que 'solo' describe aproximadamente el 5% del universo, por lo que hay un vasto conocimiento ahí fuera que actualmente queda lejos de nuestro alcance. Ir más allá de la mejor teoría de la física que tenemos requiere encontrar fisuras en ella, y, afortunadamente, poco a poco van apareciendo.

El físico y divulgador científico Javier Santaolalla describió con precisión durante la conversación que mantuve con él a principios de 2019 por qué el modelo estándar es nuestra mejor herramienta, y, a la par, nuestra mayor barrera en la búsqueda de la tan ansiada nueva física a la que inevitablemente tenemos que acceder para ampliar nuestro conocimiento acerca de las leyes que rigen el universo:

«El bosón de Higgs ha apuntalado el modelo estándar, y esto es un problema porque esta teoría es tan perfecta, esférica y sin fisuras que no tenemos ninguna pista acerca de cómo puede ser la siguiente capa. Y esto es un desafío porque hasta ahora hemos conseguido avanzar gracias a que hemos sido capaces de ver fallos en nuestras teorías. Solo puedes inmiscuirte en las zonas oscuras en las que no ha entrado tu teoría cuando encuentras un hueco en ella por el que puedes entrar».

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Como nos ha explicado Javier, dar con fisuras en el modelo estándar es extremadamente complicado. Y lo es porque requiere llevar a cabo experimentos muy complejos que requieren la toma de medidas extraordinariamente precisas. Aun así, poco a poco los físicos están consiguiendo recorrer este camino.

Hace exactamente un año, en abril de 2021, Fermilab, el laboratorio nacional de física de altas energías de Estados Unidos, dio a conocer evidencias muy sólidas de la debilidad del modelo estándar con las que había tropezado al intentar explicar los resultados que obtuvo en el experimento Muon g-2.

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Durante esta prueba los muones, que son unas partículas con carga eléctrica negativa, como los electrones, pero con una masa superior, no se comportaron como predecía nuestra teoría más sólida. Las medidas que recogieron experimentalmente los físicos de Fermilab fueron tan precisas que aseguraron estar razonablemente convencidos de que el muon se estaba viendo influenciado por algo que no explica el modelo estándar.

Lo sorprendente es que este escenario acaba de repetirse con un experimento diferente, que, de nuevo, ha sido llevado a cabo en el acelerador de partículas de Fermilab. No obstante, en la recogida de los datos y el análisis de los resultados han intervenido cientos de físicos de más de veinte países diferentes, entre los que se encuentran científicos españoles del CIEMAT y del Instituto de Física de Cantabria.

En el artículo que han publicado hace unas horas en la revista Science, los físicos que han participado en el análisis de los resultados de este experimento describen una discrepancia muy significativa entre la masa del bosón W que predice el modelo estándar y la que han medido utilizando el detector CDF II de Fermilab. Este instrumento les ha permitido tomar la medida más precisa que tenemos hasta ahora de la masa de esta partícula, y, sorprendentemente, es mayor de lo que esperaban.

Fermilab, el laboratorio de física de altas energías estadounidense, tiene el segundo acelerador de partículas más avanzado después del CERN.

El bosón W es, junto al Z, una de las partículas responsables de la mediación que tiene lugar en la interacción nuclear débil, que es una de las cuatro fuerzas fundamentales de la naturaleza junto a la interacción electromagnética, la gravedad y la interacción nuclear fuerte. Los físicos suelen colocar a este mismo nivel el campo de Higgs, que es otra interacción fundamental que explica cómo las partículas adquieren su masa, pero para facilitar su comprensión los textos suelen recoger como fuerzas fundamentales las cuatro que acabo de mencionar.

La interacción nuclear débil es la responsable de la desintegración radiactiva de las partículas subatómicas, y, curiosamente, los bosones W y Z que intervienen en ella son más pesados que los protones y los neutrones que podemos encontrar en el núcleo de los átomos. De hecho, la masa del bosón W es unas 80 veces mayor que la de un protón. La recogida de los datos de este experimento se ha prolongado durante veintiséis años, y en su análisis los físicos han invertido otros diez años más.

En cualquier caso, lo más importante es que esta carrera de fondo ha arrojado, como he mencionado unos párrafos más arriba, una disparidad significativa entre la predicción del modelo estándar y la masa medida en Fermilab. Aún es necesario que este resultado sea refrendado por otro experimento, pero si finalmente se confirma que el modelo estándar tiene esta fisura habremos dado un paso importante en la búsqueda de nueva física.

Como nos ha explicado Javier Santaolalla en las primeras líneas de este artículo, «hasta ahora hemos conseguido avanzar gracias a que hemos sido capaces de ver fallos en nuestras teorías. Solo puedes inmiscuirte en las zonas oscuras en las que no ha entrado tu teoría cuando encuentras un hueco en ella por el que puedes entrar». Confiemos en que, efectivamente, este sea uno de los huecos que los físicos buscan con ahínco desde hace muchos años.

Imágenes | Fermilab

Más información | Science | CSIC

La física de partículas está atravesando una etapa muy emocionante. Probablemente la más apasionante desde que los responsables del CERN oficializaron en 2012 el descubrimiento del bosón de Higgs. La diminuta partícula que tiene a miles de físicos de todo el planeta ilusionados con la posibilidad de, por fin, ir más allá de la frontera de la teoría más sólida que tenemos para entender las leyes que rigen el funcionamiento del universo es el muon.

Los físicos sospechan que esta partícula es nuestra mejor baza a la hora de encontrar una fisura en el modelo estándar desde hace varios años. A priori puede parecer que dar con una grieta en la teoría que hasta ahora nos ha ofrecido la descripción más precisa del universo es una mala noticia, pero no lo es. Todo lo contrario; es una noticia buenísima.

Y lo es debido a que el modelo estándar es tan redondo y está tan bien apuntalado que hasta hace muy poco tiempo los físicos no sabían qué camino debían tomar para hacer nueva física. Para seguir encontrando la respuesta a las muchas preguntas acerca de la naturaleza que aún no podemos resolver.

Afortunadamente, lo que en principio solo era una sospecha ha adquirido durante las últimas semanas la consistencia suficiente para invitarnos a aceptar que esa nueva física podría estar relativamente cerca. Y en el centro de todas las miradas está la partícula de la que os he hablado en el primer párrafo de este artículo: el muon.

Qué es un muon

Muy a grandes rasgos y dejando a un lado los detalles complicados nos interesa saber que esta es una partícula elemental que, al igual que el electrón, tiene carga negativa. Sin embargo, su masa es aproximadamente 207 veces mayor que la del electrón, lo que provoca que aceleren con más lentitud cuando se les somete al efecto de un campo electromagnético. Y también que emitan menos radiación de frenado, que es una forma de radiación electromagnética que se produce debido a la deceleración de una partícula con carga eléctrica.

Los muones pertenecen a una familia de partículas conocida como leptones, en la que conviven con el electrón, el neutrino electrónico, el neutrino muónico, el tau y el neutrino tauónico. En este artículo no necesitamos indagar en las características de estas partículas, pero nos viene bien saber que los muones son inestables, lo que provoca que cuando se originan decaigan rápidamente, desintegrándose para dar lugar a la producción de otras partículas, como los electrones, que son estables, o los neutrinos (solo el neutrino electrónico es estable).

Una característica muy importante de los muones es que solo se producen cuando tienen lugar colisiones de alta energía, como aquellas en las que se ven involucrados los rayos cósmicos, y también en las colisiones que los seres humanos provocamos en los aceleradores de partículas. Y aquí es donde realmente empieza nuestra historia, en dos experimentos que han sido llevados a cabo en los dos aceleradores de partículas más avanzados del planeta: el CERN y Fermilab.

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Como vamos a ver a continuación, estos dos experimentos, de los que ya os hemos hablado en Xataka, han arrojado luz acerca de una posible fisura en el modelo estándar. Y ambos tienen como protagonistas a los muones. El propósito de este artículo es ser lo más asequible posible, y, como podemos intuir, las implicaciones de estos experimentos son extraordinariamente complejas. Afortunadamente, podemos conocer a grandes rasgos en qué han consistido y por qué parecen dejarnos entrever resquicios en el modelo estándar sin necesidad de indagar en sus características más inaccesibles.

El experimento de Fermilab y el momento magnético del muon

Todos estamos familiarizados con los imanes debido a que están presentes en muchos de los dispositivos que utilizamos de forma cotidiana, como, por ejemplo, los altavoces. Sin embargo, la propiedad de estos objetos que nos interesa en este artículo, el momento magnético, es relativamente poco popular. Lo necesitamos como punto de partida, así que podemos definirlo como una magnitud vectorial que refleja la fuerza magnética y la orientación en el espacio de un objeto que es capaz de generar un campo magnético.

Lo curioso es que no solo los imanes pueden hacerlo. La mayor parte de las partículas subatómicas también genera un campo magnético, y, por esta razón, tienen un momento magnético. Los físicos encontraron hace mucho tiempo la forma de medir esta propiedad de las partículas, y por el camino decidieron introducir el factor g, que es una magnitud que identifica la proporcionalidad que existe entre el momento angular y el momento magnético.

Esta gráfica compara la predicción del modelo estándar con los resultados que han obtenido el Laboratorio Nacional de Brookhaven y Fermilab en el experimento Muon g-2.

Una forma más sencilla de entender qué es el factor g consiste en verlo como una magnitud que nos permite determinar cómo cambia el momento magnético de una partícula. El modelo estándar es capaz de predecir el factor g de una partícula con precisión, y todo iba bien hasta que a finales de los años 50 un grupo de físicos del CERN liderado por Leon Lederman puso en marcha un experimento conocido como Muon g-2 que pretendía, precisamente, medir el momento magnético del muon.

Los primeros experimentos del CERN arrojaron algunas dudas porque mostraban pequeñas discrepancias con el modelo estándar, pero no era nada que pudiese considerarse definitivo porque las medidas no eran lo suficientemente precisas. Más tarde, en los años 90, este experimento volvió a repetirse en el Laboratorio Nacional de Brookhaven, que pertenece al Departamento de Energía de Estados Unidos. Esta vez las medidas fueron más precisas que las que obtuvo el CERN, y, de nuevo, los indicios de una anomalía en el momento magnético del muon estaban ahí.

Si queríamos entender qué estaba pasando necesitábamos medidas aún más precisas, lo que provocó que durante la última década el experimento Muon g-2 se haya vuelto a repetir, pero esta vez en las instalaciones del laboratorio de física de altas energías estadounidense Fermilab. Hace unos días los investigadores de estas instalaciones, como os contamos en su momento, hicieron público el resultado de su experimento. Y su medida del factor g se aleja en 3 sigmas de la predicción del modelo estándar.

A grandes rasgos, y, de nuevo, sin entrar en detalles complicados, esta notación refleja la relevancia estadística de un resultado, de modo que 'más sigmas' indican una mayor significación estadística. La combinación de las medidas obtenidas en el experimento Muon g-2 por Fermilab y el Laboratorio Nacional de Brookhaven arroja una discrepancia de algo más de 4 sigmas con el modelo estándar (4,2 sigmas exactamente), por lo que aún queda algo por debajo de los 5 sigmas requeridos para confirmar la anomalía y minimizar la incertidumbre estipulada para afianzar un descubrimiento científico.

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Este resultado es muy significativo, y, aunque aún es necesario continuar analizando los datos antes de llegar a una conclusión definitiva, los investigadores barajan la posibilidad de que la desviación del factor g del muon, que en teoría debería ser 2, se deba a la presencia de una partícula desconocida o a una fuerza fundamental que aún no hemos identificado. Esta es una de las dos fisuras en el modelo estándar que mantiene a los físicos expectantes.

El experimento del CERN y la universalidad leptónica

El experimento en el que acabamos de indagar no es el único que aparentemente nos está permitiendo entrever una fisura en el modelo estándar. El detector LHCb del LHC, el acelerador de partículas del CERN, ha arrojado unas medidas que también son muy reveladoras. Este experimento ha sido diseñado principalmente para indagar en las propiedades del quark fondo o quark b (esta designación procede del inglés bottom quark).

Una característica muy relevante de los leptones, una familia de partículas a la que, como hemos visto, pertenecen el electrón, el muon y el tau, es que interactúan de la misma forma con las demás partículas. Este comportamiento se conoce como universalidad leptónica. Una consecuencia de esta propiedad consiste en que, si nos ceñimos a las partículas que son inestables, cuando decaen su desintegración da lugar a la generación de otras partículas, y todas ellas aparecen con la misma probabilidad.

El experimento LHCb del CERN ha sido diseñado principalmente para indagar en las propiedades del quark fondo o quark b (de ahí la 'b' de la sigla LHCb).

Sin embargo, los investigadores del CERN sospechan desde hace tiempo que cuando un mesón B se desintegra la universalidad leptónica descrita por el modelo estándar se rompe. Y las últimas medidas que han tomado parecen corroborarlo debido a que globalmente este decaimiento no produce el mismo número de electrones y muones, que es lo que en teoría debería suceder. Genera más electrones.

Una vez que hemos llegado a este punto debemos preguntarnos, al igual que con el experimento de Fermilab, cuál es la incertidumbre que maneja el experimento del LHCb. En este caso las medidas arrojan 3 sigmas, por lo que aún no han superado el umbral de los 5 sigmas necesario para concluir de una forma fehaciente que la universalidad leptónica se ha roto. Pero, tal y como sucede con el experimento anterior, este resultado abre un camino muy prometedor para desarrollar nueva física siempre y cuando, eso sí, los físicos consigan constatar que las fisuras que creemos entrever en el modelo estándar en realidad son grietas.

Imágenes | CERN | Fermilab

«El bosón de Higgs ha apuntalado el modelo estándar, y esto es un problema porque esta teoría es tan perfecta, esférica y sin fisuras que no tenemos ninguna pista acerca de cómo puede ser la siguiente capa. Y esto es un desafío porque hasta ahora hemos conseguido avanzar gracias a que hemos sido capaces de ver fallos en nuestras teorías. Solo puedes inmiscuirte en las zonas oscuras en las que no ha entrado tu teoría cuando encuentras un hueco en ella por el que puedes entrar».

Esta reflexión que compartió conmigo el físico y divulgador científico Javier Santaolalla durante la conversación que mantuvimos a principios de 2019 ilustra a las mil maravillas cómo uno de los mayores éxitos científicos del siglo XX representa a la vez un reto en la búsqueda de nueva física que no es fácil superar. El modelo estándar de la física de partículas se desarrolló en varias etapas durante la segunda mitad del siglo pasado gracias al esfuerzo conjunto de cientos de científicos, y nos ha deparado hitos inmensos.

Uno de ellos es, sin duda, el descubrimiento del bosón de Higgs, un hallazgo en el que Javier participó mientras preparaba su tesis doctoral en el CERN. La existencia de esta partícula había sido predicha a mediados de los años 60 por varios físicos utilizando la mejor arma que tenían a su alcance, el aún en pleno desarrollo modelo estándar, por lo que, como asegura Javier, corroborar experimentalmente que una nueva predicción, y, además, tan importante, era correcta, apuntaló definitivamente una teoría de la física de partículas que parecía muy difícil superar.

Ir más allá del modelo estándar es un desafío, pero ya entrevemos su primera fisura

El modelo estándar reconcilia tres de las cuatro fuerzas fundamentales de la naturaleza: el electromagnetismo, la interacción nuclear débil y la interacción nuclear fuerte. La cuarta fuerza, la gravedad, queda fuera de su alcance, lo que ha provocado que miles de científicos de todo el planeta estén poniendo todo su ingenio a disposición de la ciencia para intentar dar con una teoría que consiga unificar las cuatro fuerzas fundamentales.

De todas las candidatas a la teoría del todo la que está recibiendo más apoyo por parte de la comunidad científica (aunque también hay físicos que no la respaldan) es la formulación de la teoría de cuerdas conocida como teoría M. Entre sus principales promotores se encuentran teóricos muy reputados, como Juan Martín Maldacena o Michio Kaku, pero aún queda mucho trabajo por hacer hasta que los investigadores consigan entender todas las implicaciones de la teoría M y pueda ser demostrada experimentalmente. Ahora mismo lograrlo parece muy difícil.

El panorama no nos invita a ser demasiado optimistas, pero, afortunadamente, hace unos pocos días sucedió lo que muchos físicos esperaban con ansia que ocurriese desde hace muchos años: durante un experimento del Fermilab, el laboratorio de física de altas energías estadounidense que tiene el segundo acelerador de partículas más avanzado después del CERN, ha aparecido una posible fisura en el modelo estándar. Algo que la teoría más sólida y hasta ahora infalible que tenemos no consigue explicar correctamente.

Aún es pronto para darlo por sentado porque los físicos están analizando un volumen de datos enorme, y todo parece indicar que tienen varios años de trabajo por delante para sacar conclusiones definitivas, pero, como os explicamos la semana pasada, están manejando evidencias muy sólidas que nos permiten entrever una grieta en el modelo estándar.

En su experimento los muones, unas partículas con carga eléctrica negativa, como los electrones, pero con una masa sensiblemente superior, no se comportaron como predecía nuestra teoría más sólida. Las medidas que han obtenido experimentalmente los físicos de Fermilab son tan precisas que están razonablemente convencidos de que el muon se está viendo influenciado por algo que no explica el modelo estándar.

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En este contexto no resulta en absoluto descabellado aceptar que esa desviación podría estar provocada por la presencia de una partícula desconocida, o bien por la existencia de una fuerza fundamental que aún no conocemos, y que podría unirse al catálogo de las cuatro fuerzas con las que trabajamos.

Álvaro de Rújula, un reputado físico teórico español que desarrolla su investigación en el CERN y el Instituto de Física Teórica de la Universidad Autónoma de Madrid, nos ha confirmado en una entrevista que publicaremos próximamente lo esperanzados que están él y sus compañeros ante las posibilidades que plantea el resultado que han obtenido los físicos de Fermilab. No cabe duda de que para desarrollar nueva física es imprescindible encontrar fisuras en el modelo estándar. Y parece que ya hemos dado con la primera.

El CERN también tiene un plan que persigue elaborar nueva física

A mediados del pasado mes de febrero publicamos un artículo en el que abordamos las dos estrategias por las que ha apostado el CERN, precisamente, para buscar la forma de ir más allá del modelo estándar. Una de ellas consiste en incrementar la luminosidad del acelerador, y la otra requiere trabajar con un nivel de energía más alto. Mucho más alto. Pero ambas tienen algo en común: requieren la puesta a punto de nueva tecnología.

Actualmente el LHC, el principal acelerador de partículas que tiene el CERN, está en fase de parada debido a que está siendo modificado para incrementar su luminosidad. Este parámetro mide cuántas potenciales colisiones de partículas se producen por unidad de superficie y tiempo. La luminosidad se mide en femtobarns inversos, de manera que cada uno de ellos equivale a 100 millones de millones de colisiones entre protones.

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Desde que comenzaron los experimentos en el acelerador, en 2010, hasta finales de 2018, que fue el momento en el que cesó su actividad, se produjeron en su interior 150 femtobarns inversos. De acuerdo con la planificación actual de los técnicos del CERN las modificaciones que requiere el LHC para incrementar su luminosidad estarán listas a partir de 2026, por lo que el acelerador de alta luminosidad debería ser capaz de producir 250 femtobarns inversos cada año hasta alcanzar los 4000 durante todo el periodo de actividad.

Este nuevo acelerador de alta luminosidad persigue consolidarse como una herramienta muy valiosa en la búsqueda de nueva física, de manera que podría resultar muy útil para corroborar los resultados que ha obtenido el laboratorio Fermilab con nuevos experimentos. No obstante, este no es el único proyecto ambicioso que tiene el CERN entre manos.

El 19 de junio de 2020 la dirección del CERN aprobó por unanimidad el proyecto de construcción de un nuevo acelerador de partículas circular que tendrá nada menos que una circunferencia de 100 km (la del actual LHC mide 27 km). La primera etapa comenzará, según sus planes iniciales, en 2038, y requerirá excavar un túnel circular con una circunferencia de 100 km muy cerca de la ubicación del actual LHC.

Dentro de ese túnel construirán un acelerador de electrones y positrones que tendrá la energía necesaria para maximizar la producción de bosones de Higgs en el instante en el que se produzca la colisión de estas partículas. Los físicos esperan que ese experimento nos ayude a conocer mejor la estructura de la materia, de modo que cuando superemos el ecuador de este siglo ese acelerador será desmantelado y reemplazado por otro acelerador circular capaz de trabajar a nada menos que 100 TeV (teraelectronvoltios).

Los físicos están convencidos de que trabajar con un nivel de energía tan alto les ayudará a encontrar aún más fisuras en el modelo estándar. Y esto les invitará a hacerse más preguntas. A formular más hipótesis. A planificar nuevos experimentos. Y, en definitiva, a desarrollar nueva física. Ese es el objetivo. De algo podemos estar seguros: las próximas décadas van a ser apasionantes para todos los que adoramos la ciencia.

Imágenes | CERN

Estamos a las puertas de desafiar las actuales leyes de la física. El Fermilab y un equipo internacional de 200 científicos ha publicado los primeros resultados de su experimento Muon g-2 y se han encontrado importantes evidencias de que el Modelo Estándar de la física de partículas no es suficiente para explicar lo observado. Un experimento realizado con una precisión sin precedentes y que anticipa la posible existencia de una fuerza o partícula desconocida.

"Es un día extraordinario para toda la comunidad internacional", explican los responsables del experimento, que comparan este hallazgo con la llegada del primer rover a Marte.

La partícula analizada es el muón, similar al electrón pero mucho más pesado. Los científicos han encontrado que estos muones no actúan como está predicho cuando se envían a través de un intenso campo magnético en el Fermilab, el laboratorio nacional de física de altas energías de los EE.UU y que acoge el segundo mayor acelerador de partículas del mundo tras el del CERN.

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Algo parece fallar en el Modelo Estándar

El resultado muestra que el muón está afectado por algo que no se encuentra en el Modelo Estándar, la teoría utilizada durante las últimas décadas. No es la primera vez que se propone la posibilidad de que exista una fuerza o alguna partícula más allá, de hecho se considera ampliamente entre la comunidad científica que la teoría no es completa, pero sí es la primera vez que se realiza un experimento de esta magnitud y se tienen datos tan claros que algo falla.

En 2011, una serie de experimentos relacionados en el Laboratorio Nacional de Brookhaven también anticipaba esta posibilidad. Recientemente, en marzo de 2021, en el CERN se obtuvo un "intrigante resultado" con muones que apuntaba a una posible ruptura de la universalidad del sabor leptónico.

El cálculo del experimento gira alrededor del factor-g del muón, que puede ser calculado con enorme precisión. Este dato refleja las interacciones del muón con todo lo demás en el universo. Sin embargo, los resultados no coinciden con la teoría. No al menos cuando se tienen en cuenta las cuatro fuerzas fundamentales conocidas: interacción gravitacional, nuclear débil, la electromagnética y la nuclear fuerte.

"Esta es una fuerte evidencia de que el muón es sensible a algo que no está en nuestra mejor teoría", explica Renee Fatemi, física de la Universidad de Kentucky y encargada de las simulaciones del experimento Muon g-2.

Los resultados muestran una diferencia con la teoría con una significación de 4,2 sigma, un poco por debajo de los 5 sigma (o desviaciones estándar) que los científicos requieren para confirmar un descubrimiento. En términos estadísticos, la probabilidad de que estos resultados sean una desviación puntual sería aproximadamente de 1 entre 40.000.

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Actualmente en el Fermilab se encuentran analizando los datos de un segundo y tercer experimento con los muones. Un cuarto envío de estos muones por el anillo supermagnético de 15 metros está en marcha y se planea la realización de un quinto proceso. Por el momento se ha analizado menos del 6% de los datos que se recopilarán finalmente, pero ya se está comprobando que los resultados apuntan hacia un terreno desconocido.

What is the muon #gminus2 anomaly, and why is it exciting? I made a comic about it @PhysicsMagazine https://t.co/Q3Ps7LF8bH

— PHD Comics (@PHDcomics) April 7, 2021

La desviación del factor-g del muon, que teóricamente debería ser igual a 2, podría explicarse debido a la presencia de partículas subatómicas desconocidas o una posible quinta fuerza fundamental. Por el momento se desconoce qué puede causar esta desviación. Un trabajo que previsiblemente mantenga ocupados a los físicos durante los próximos años.

Más información | Fermilab

La búsqueda de partículas subatómicas existía desde antes de los enormes aceleradores de partículas del CERN. Invisibles a través del microscopio, los físicos han tenido que ingeniárselas para poder detectarlas y visualizar su trayectoria. En 1952, Donald A. Glaser inventó la cámara de burbujas, similar a la de niebla pero donde las partículas dejaban un rastro de burbujas en un líquido ardiendo a punto de hervir.

Así funcionan las cámaras de burbuja, la antesala de los aceleradores de partículas y el mundo digital. La diferencia entre unos y otros es abismal. Lo que hoy en día el Large Hadron Collider es capaz de capturar en menos de 2 horas, equivale a lo que durante 11 años se generó en el Big European Bubble Chamber (BEBC), la primera cámara de burbujas del CERN que inició su andadura en 1973.

Con la tecnología actual es relativamente factible manejar esa gran cantidad de datos, pero los 6,3 millones de imágenes de la cámara de burbujas permitieron entre otros descubrimientos comprobar la existencia de la fuerza nuclear débil. Un hallazgo logrado gracias a estas peculiares cámaras de detección de partículas subatómicas.

La cámara de burbujas del Fermilab y sus 4,6 metros, inaugurada en 1973. Imagen: Fermilab

El mecanismo de la cámara de burbujas se basa en la relación del punto de ebullición con la alta presión. Cuando la presión sobre el líquido se reduce repentinamente, el líquido se sobrecalienta y las partículas que pasan a través del líquido dejan un rastro de burbujas que puede ser seguido por los científicos.

El trabajo de los físicos consiste en fotografiar y analizar con precisión los trazados de las partículas de alta velocidad. La clave de estas cámaras de burbuja es que la densidad del medio líquido es alta y por tanto suele haber mayor probabilidad de colisión. Durante los años 60, estas cámaras de burbujas fueron tan útiles para la física nuclear como lo son hoy en día los aceleradores de partículas.

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La física detrás de las cámaras de burbuja

Analizando el trazado de las partículas detectadas en una cámara de burbujas. Imagen: CERN Library

La leyenda explicaba que Donald Glaser tuvo la inspiración de las cámaras de burbuja en la cerveza, pero lo cierto es que el propio Premio Nobel de Física de 1960 desmintió durante una charla la historia, matizando eso sí que en algún punto llegó a utilizar cerveza como líquido para calentar. El experimento no funcionó, pues necesitaba un líquido con una baja tensión superficial para que aparecieran las burbujas. Inicialmente se utilizaron tubos de ensaño, pero rápidamente fueron incrementando su tamaño y apostando por elementos como hidrógeno líquido.

Las partículas con carga eléctrica crean una pista de ionización. Alrededor de este paso, el líquido se vaporiza y forma pequeñas burbujas microscópicas. La idea es que la densidad de burbujas alrededor de cada trazado es proporcional a la pérdida de energía de la partícula. Un dato que nos servirá para conocer detalles sobre esta.

Huellas dejadas por partículas subatómicas en una cámara de burbujas. Imagen: CERN

A esto debemos sumarle que toda la cámara está sujeta a un campo magnético constante, que hace que las partículas cargadas viajen en una trayectoria helicoidal, cuyo radio viene determinado por la velocidad y la relación carga-masa. Es decir, en función de la curvatura que tengamos en la imagen podremos determinar las propiedades físicas de la partícula.

A medida que la cámara se expande, las burbujas aumentan de tamaño, lo que facilita su visión y la posibilidad de ser fotografiadas. Precisamente en la cámara de burbujas hay situadas una serie de cámaras que permiten capturar una imagen tridimensional.

La cámara de burbujas permitió confirmar la existencia de la fuerza nuclear débil. Imagen: Gargamelle/CERN

Entre los descubrimientos más importantes de las cámaras de burbuja encontramos desde la corriente neutral débil con neutrinos, origen de la teoría de la fuerza nuclear débil y el descubrimiento de los bosones W y Z, hasta recientes experimentos en la búsqueda de partículas masivas de interacción débil, las llamados WIMP.

BEBC y Gargamelle: las máquinas del CERN en los 70

Big European Bubble Chamber, construido en 1966 por el CERN. Imagen: Wikimedia

Las primeras cámaras de burbuja eran muy pequeñas, pero al acercarse los años 80 empezaron a contener hasta 20 metros cúbicos de líquido. En todo el mundo se construyeron más de 100 de estas cámaras burbuja, donde pese a utilizar grandes imanes superconductores, su coste era varios órdenes de magnitud inferior al de los aceleradores de partículas.

Algunas de las cámaras más reconocidas son la del CERN de hidrógeno, con solo 30 centímetros; la cámara de Saclay, con 81 centímetros; la de dos metros del CERN y finalmente el BEBC ('Big European Bubble Chamber'), construido a principios de los años 70, con un diámetro de 3,7 metros y siendo uno de los proyectos más importantes de la época en el campo de la física de altas energías.

El Big European Bubble Chamber fue equipado en los años 70 con el mayor imán superconductor de la época. Imagen: CERN Courier

El BEBC era una gran vasija de acero inoxidable, con 4 metros de altura y 35 metros cúbicos de líquido (hidrógeno, deuterio o una mezcla de neón e hidrógeno). Con un enorme pistón de dos toneladas se regulaba la sensibilidad. En 1973, tras instalar el imán superconductor más grande de la época (3,5 toneladas) se registraron las primeras imágenes. En 1977, la cámara de burbujas fue expuesta a rayos de neutrinos con energías de hasta 450 GeV.

Otra de las cámaras de burbujas más importantes fue Gargamelle, también construida en el CERN y orientada a detectar neutrinos. Con 4,8 metros de longitud y 2 metros de diámetro, era ligeramente más pequeño que el BEBC. En su interior se utilizaban 12 metros cúbicos de freón líquido pesado (CF3Br). Gracias a este experimento, entre 1972 y 1974 se obtuvieron evidencias de la existencia de los quarks, una de las partículas constituyentes de los protones y neutrones.

El más grande de todos se construyó en el Fermilab ('Fermi National Accelerator Laboratory'), en Illinois. Con unos 15 pies (unos 4,6 metros) de diámetro, está considerada la cámara de burbujas más grande de todos los tiempos, antes de dar paso a otro tipo de construcciones. En su momento, se consideró fabricar una cámara de 25 pies (unos 7,6 metros), pero debido, entre otros aspectos, a dudas técnicas con el neón que iban a utilizar no se llevó a cabo.

Técnicos del CERN en el interior de la cámara de burbujas Gargamelle, en los años 70. Imagen: CERN Library

La construcción de estas cámaras de burbujas tuvo una importante repercusión en la reconstrucción del estudio de la física en Europa después de la Segunda Guerra Mundial. Al contrario que en los años posteriores, donde el CERN se estableció en Ginebra y los proyectos ocupaban cada vez más, las cámaras de burbuja todavía podían ser fácilmente transportadas.

Las cámaras de burbujas se consideran uno de los ingredientes clave para el éxito del CERN. Fue esta simbiosis entre el CERN y la comunidad de laboratorios lo que impulsó la colaboración entre investigadores y sentó las bases de la cooperación internacional que posteriormente ha sido uno de los pilares de proyectos como los grandes aceleradores de partículas.

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