Vista del Gran Colisionador de Hadrones del CERN
Vista del Gran Colisionador de Hadrones del CERN - AP Photo

El CERN aprueba el experimento para buscar materia oscura

El experimento, que complementará las búsquedas ya existentes en el LHC, estará operativo en 2021

MadridActualizado:

En 2012 la Física llegó a una de las cotas más altas de su historia: el descubrimiento del bosón de Higgs, la «última partícula» que quedaba por descubrir para completar el Modelo Estándar de la Física. Sin embargo, esta teoría, que ha servido durante décadas como guía a las investigaciones y describe todas las partículas que forman la realidad, no puede explicarlo todo. Por ejemplo, le queda lejos la naturaleza cuántica de la gravedad o el origen de la materia y la energía oscuras.

Para arrojar algo de luz acerca de esta fracción oscura del Universo, el CERN -Organización Europea para la Investigación Nuclear, el mismo organismo responsable del hallazgo del escurridizo bosón de Higgs- ha aprobado un nuevo experimento diseñado para buscar partículas ligeras y de interacción débil, asociadas con la materia oscura. Así, FASER (Forward Search Experiment) complementará el programa de física en curso del CERN, desarrollado a través del Gran Colisionador de Hadrones (LHC por sus siglas en inglés), extendiendo su potencial de descubrimiento a varias nuevas partículas.

Los inconvenientes de la materia oscura

El problema de la materia oscura es que se trata de una sustancia hipotética que no interactúa con la fuerza electromagnética y, por lo tanto, no puede detectarse directamente utilizando la luz emitida. La evidencia astrofísica muestra que la materia oscura constituye aproximadamente el 27% del Universo, pero hasta ahora no se ha podido observar. Por ello, FASER se centrará e la búsqueda de un conjunto de partículas hipotéticas que incluyan los llamados «fotones oscuros», partículas asociadas con la materia oscura, neutralinos y otros.

«Este nuevo experimento ayuda a diversificar el programa de física de colisionadores como el LHC, y nos permite abordar preguntas sin respuesta en física de partículas desde una perspectiva diferente», explica en un comunicado Mike Lamont, co-coordinador del grupo de estudio PBC (Physics Beyond Collider), que supervisa FASER.

Buscando «productos de descomposición»

Los cuatro detectores principales de LHC no son adecuados para detectar la luz y las partículas que interactúan débilmente y que podrían producirse paralelas a la línea del haz. Pueden viajar cientos de metros sin interactuar con ningún material antes de transformarse en partículas conocidas y detectables, como electrones y positrones. Las partículas exóticas escaparían de los detectores existentes a lo largo de las líneas de haz actuales y permanecerían sin ser detectadas.

Por lo tanto, FASER se ubicará a lo largo de la trayectoria del haz dentro del experimento ATLAS. Aunque los protones en los haces de partículas serán doblados por los imanes alrededor del LHC, las partículas ligeras, que interactúan muy débilmente, continuarán a lo largo de una línea recta y sus «productos de descomposición» podrán ser detectados por FASER.

Imagen esquemática del detector FASER planeado como se verá en el túnel de la TI12
Imagen esquemática del detector FASER planeado como se verá en el túnel de la TI12 - CERN

Listo para 2021

Se trata de un detector que medirá menos de 5 metros de largo y cuya estructura cilíndrica central tendrá un radio de unos 10 centímetros. En cuanto a su construcción, tendrá lugar en un lateral del LHC. Para permitir que FASER se construya de una manera rápida y asequible, utilizará piezas de detector de repuesto donadas de los experimentos ATLAS y LHCb.

El experimento se instalará durante el periodo de descanso del acelerador en curso y comenzará a tomar datos durante la fase 3 de operación entre 2021 y 2023.