Las nuevas partículas que buscan los grandes aceleradores

Durante décadas, el Modelo Estándar de la física de partículas ha sido una de las teorías científicas más exitosas jamás formuladas. Describe con extraordinaria precisión las partículas elementales conocidas y las fuerzas que gobiernan su comportamiento. Sin embargo, los propios físicos saben que está incompleto. Para encontrar las piezas que faltan, los grandes aceleradores de partículas del mundo están inmersos en una búsqueda apasionante: nuevas partículas que podrían cambiar nuestra comprensión del universo.

Por qué el Modelo Estándar no es suficiente

Aunque el Modelo Estándar predice con enorme exactitud los resultados de los experimentos, deja preguntas fundamentales sin respuesta:

-¿Qué es la materia oscura, que compone alrededor del 85 % de la materia del cosmos?

-¿Por qué existe más materia que antimateria?

-¿Cómo integrar la gravedad en una teoría cuántica?

-¿Por qué las partículas tienen las masas que tienen?

Estas incógnitas impulsan la búsqueda de nuevas partículas elementales, especialmente en aceleradores como el Gran Colisionador de Hadrones (LHC) del CERN.

(Foto: CERN)

El LHC y la nueva era de la física de partículas

Desde el descubrimiento del bosón de Higgs en 2012, el LHC ha entrado en una segunda etapa más ambiciosa. Ahora no solo confirma teorías existentes, sino que explora señales sutiles de fenómenos desconocidos.

Las colisiones a energías récord permiten recrear condiciones similares a las del universo primitivo, abriendo una ventana a partículas que solo existirían fugazmente… o que interactúan tan débilmente que casi no dejan rastro.

Supersimetría: los supercompañeros perdidos

Una de las teorías más estudiadas es la supersimetría (SUSY). Propone que cada partícula conocida tiene una compañera más pesada:

-El electrón tendría un selectrón

-Los quarks tendrían squarks

-Los bosones tendrían fermiones supersimétricos

Estas nuevas partículas resolverían varios problemas teóricos y, además, una de ellas podría ser una excelente candidata a materia oscura.

Hasta ahora, ningún supercompañero ha sido detectado, pero el aumento de energía y precisión del LHC mantiene viva la esperanza.

Partículas de materia oscura: la gran obsesión

La materia oscura no emite luz ni interactúa casi con la materia ordinaria, pero su gravedad es esencial para explicar la estructura del universo. Los aceleradores buscan producirla directamente en colisiones de alta energía.

Entre las principales candidatas destacan:

-WIMPs (partículas masivas débilmente interactivas)

-Axiones, extremadamente ligeros

-Partículas del sector oscuro, que interactúan mediante fuerzas desconocidas

En los detectores, la materia oscura se manifestaría como energía faltante, una firma sutil pero reveladora.

Nuevos bosones: fuerzas ocultas de la naturaleza

El bosón de Higgs podría no estar solo. Muchos modelos predicen la existencia de nuevos bosones:

-Bosones Z′ (Z prima), asociados a fuerzas fundamentales adicionales

-Higgs extendidos, con varios tipos de bosones de Higgs

-Bosones oscuros, mediadores entre la materia visible y el sector oscuro

Detectar uno de estos bosones sería una señal clara de nueva física más allá del Modelo Estándar.

Leptoquarks: un puente entre quarks y leptones

Los leptoquarks son partículas hipotéticas que conectarían dos familias fundamentales de partículas: los quarks y los leptones. Su existencia explicaría ciertas anomalías observadas en experimentos recientes relacionados con la desintegración de partículas B.

Su descubrimiento tendría profundas implicaciones para la unificación de fuerzas y la estructura profunda de la materia.

Dimensiones extra y microagujeros negros

Algunas teorías, como las de dimensiones extra, sugieren que el universo tiene más dimensiones espaciales de las que percibimos. En estos modelos, el LHC podría producir:

-Resonancias exóticas

-Kaluza-Klein gravitones

-Incluso microagujeros negros, que se evaporarían instantáneamente

Aunque suena a ciencia ficción, estas ideas se formulan con matemáticas rigurosas y se buscan activamente en los datos experimentales.

Neutrinos exóticos y partículas ligeras

Los neutrinos ya demostraron que el Modelo Estándar estaba incompleto al tener masa. Ahora se investiga la posibilidad de:

-Neutrinos estériles

-Partículas ultraligeras

-Nuevas interacciones débiles desconocidas

Estos estudios conectan los aceleradores con la cosmología y la física del universo temprano.

El futuro: aceleradores aún más potentes

La búsqueda no termina en el LHC. Proyectos como:

-El High-Luminosity LHC

-El Future Circular Collider (FCC)

-Aceleradores lineales de próxima generación

permitirán explorar energías y precisiones sin precedentes.