La materia oscura, próximo objetivo del acelerador de partículas de Ginebra

La materia oscura, próximo objetivo del acelerador de partículas de Ginebra

Tras dos años parado, el LHC volverá a funcionar en marzo de este año.

El 4 de julio de 2012 se anunció uno de los descubrimientos más esperados e importantes de la historia: el hallazgo del bosón de Higgs, la elusiva partícula que los físicos llevaban buscando 48 años y que era fundamental para explicar, entre otros, el origen de la masa. Poco después, en febrero de 2013, los físicos del Laboratorio Europeo de Física de Partículas (CERN) apagaron el acelerador para someterlo a unas tareas de reacondicionamiento que han durado 16 meses.

El próximo mes de marzo, el Gran Colisionador de Hadrones (LHC) volverá a encenderse y lo hará con el doble de potencia para intentar descifrar uno de los mayores misterios de la astrofísica: la naturaleza de la materia oscura. Así lo ha anunciado el CERN que explica que el LHC se encuentra ya casi enfriado a su temperatura de trabajo, 1,9 grados sobre el cero absoluto.

El LHC es un anillo de 27 kilómetros de circunferencia situado a 100 metros bajo tierra en la frontera franco-suiza. Durante su primera tanda de funcionamiento, el LHC alcanzó energías de 8 teraelectronvoltios (8 TeV) al colisionar dos haces de protones con 4 TeV cada uno de ellos. En los escombros subatómicos de estos impactos, identificaron el bosón de Higgs. Ahora, tras las tareas de mantenimiento y optimización del acelerador, los haces de protones viajarán, cada uno de ellos, a 6,5 TeV y, al chocar, crearán una energía de 13 TeV, una intensidad jamás alcanzada.

“Con este nuevo nivel de energía, el LHC abrirá nuevos horizontes para la física y para futuros descubrimientos”, afirma el director general del CERN, Rolf Heuer, en la nota difundida por el laboratorio europeo. “Tengo muchas ganas de ver lo que la naturaleza tiene reservado para nosotros.”

NASA Goddard Space Flight Center / CC BY 2.0

La materia invisible

Una vez descubierta la partícula de Higgs, el objetivo principal de los físicos del CERN es la materia oscura.

La materia ordinaria, aquella que da forma a todo lo que vemos, las estrellas, las galaxias, todos los seres vivos incluyéndonos a nosotros mismos, es muy escasa en el Universo; apenas ocupa 4% del cosmos. El 96% restante lo forman la materia y la energía oscura que nadie sabe qué son.

Los físicos creen que, aproximadamente, 23% del Universo está formado por materia oscura. A pesar de que ni absorbe ni emite luz ―de ahí lo de oscura―, los científicos saben que está ahí por su influencia en el Universo ―ejerce atracción gravitatoria sobre la materia que sí podemos ver― pero cuál es su naturaleza sigue siendo una incógnita.

La hipótesis más extendida es que la materia oscura podría estar formada por una nueva partícula subatómica. Una de las candidatas son los neutrinos que, como su nombre indica, son neutras y tienen una masa extremadamente pequeña, pero no cero. Al no tener carga no interaccionan con la luz, pero sí con la fuerza nuclear débil y con la gravedad, que tiene unos efectos muy pequeños a escala subatómica. Por estos motivos los neutrinos son capaces de atravesar la materia sin ser perturbados ni perturbarla. En esta instante, tu cuerpo está siendo atravesado por millones de ellos.

Los neutrinos no son las únicas partículas candidatas a formar la materia oscura. Existen otras, como, por ejemplo, las partículas supersimétricas.

© ATLAS Experiment – CERN

Tanto ATLAS como CMS, dos de los detectores del LHC, ya buscaron estas partículas, sin éxito, en las colisiones del acelerador. Lo que sí consiguieron fue delimitar el intervalo de energías donde podrían esconderse las partículas que constituyen la materia oscura. Con el aumento de potencia del LHC, los físicos del CERN confían en estrechar, aún más, este margen y, por qué no, identificar la partícula.

El LHC no detectará directamente partículas de materia oscura. No puede hacerlo. Los físicos deberán identificar déficits de energía tras las colisiones entre haces de protones que podrían indicar la existencia de partículas de esa materia.

El desafío está servido. Si el LHC será capaz de fabricar una partícula de materia oscura en las colisiones, como ya hizo con el bosón de Higgs, nadie lo sabe. Nadie sabe qué verán los detectores del LHC funcionando a 13 TeV de energía porque nunca otra máquina la ha alcanzado. La mayor esperanza es lograr un descubrimiento que abra una nueva era en la física. Sea el que sea.