E máis aló

Achegándonos ao LHC

Aínda que o Modelo Estándar ten tido moito éxito na explicación e predicción de fenómenos experimentais, sábese que non pode ser a teoría definitiva da Física de Partículas dado que non da resposta a moitas cuestións de gran importancia.

Así, se as forzas e partículas hoxe propostas é todo o que hai, deberían todas esas partículas viaxar á velocidade da luz, pero non é iso o observado. Para "relantecelas" precísase o campo de Higgs, que foi finalmente atopado en 2013 a partir dos datos dos detectores ATLAS e CMS do LHC.

Non inclúe a forza da gravidade e non abrangue á Teoría Xeral da Relatividade.

Ademais, os físicos saben hoxe que o 96 % do universo non está feito da materia que nos coñecemos, e isto non encaixa no Modelo Estándar.

Como extender o Modelo Estándar para contemplar estes problemos son cuestións abertas que deben comezar a ser respondidas cos datos dos experimentos no LHC.


Como xa indicamos ao comezo desta apartado, o Modelo Estándar non pode ser a teoría final da Física de Partículas. Existen diversos modelos teóricos que evaden as limitacións do Modelo Estándar, e o seu estudo é un dos obxectivos dos experimentos (detectores) do LHC.

Durante décadas as chamadas teorías de Supersimetría (SUSY) apareceron como tentativas de solución ás limitacións do Modelo Estándar. A idea esencial era que para cada tipo de partícula habería outra asociada -supercompañeira- de gran masa. Trátase dunha réplica en forma de bosón se a partículas "normal" é un fermión e viceversa.

Actualmente, o relevo destas teorías de  Supersimetría foi tomado por modelos que involucran "sectores escuros”, que inclúen partículas que apenas se relacionan coas súas compañeiras do Modelo Estándar, o que fai a súa detección moi complexa.

Existen moitas variantes de modelos con sectores escuros, e cada una delas predí fenomenoloxías diferentes. Un exemplo é o de partículas “de longa vida”, que poden voar distancias macroscópicas antes de se desintegrar. Podemos xeneralizar sinalando que para atopar estas partículas faise preciso ou ben acumular moitas colisións, dado que producen de xeito moi infrecuente, ou acadar enerxías de colisión moi grandes, dado que a súa masa é moito maior que a das partículas ata agora coñecidas.

Unha das vantaxes destes modelos con sectores escuros e que, tipicamente, inclúen partículas neutras, masivas, e que case non interaccionan. Este tipo de partículas son candidatas excelentes a materia escura. Este, xunto con outros motivos de tipo teórico máis formal, fan este tipo de modelos tremendamente atractivos.

Neste sector escuro da Física de Partículas poderíamos ter un bosón de Higgs escuro homólogo. De igual maneira có bosón de Higgs normal, esta partícula estaría conectada ao mecanismo que dá masa ás partículas do sector escuro.

A enerxía dispoñible actualmente nas colisións protón-protón no LHC pode ser suficiente para producir esta clase de partículas segundo este tipo de modelos teóricos. Tres dos experimentos máis grandes do LHC (ATLAS, CMS e LHCb) teñen un programa moi extenso de busca de partículas de sectores escuros, deseñado para, nocaso de que estas teorías sexan correctas, detectar o seu sinal.

(Tomado de https://cms.cern/news/searching-dark-side-universe)

Na imaxe temos unha visualización dun evento dunha colisión de partículas rexistrada no detector CMS, ocorrendo a colisión inicial de dous protóns, que veñen en sentidos contrarios, no centro da imaxe. Como resultado créanse un par de leptóns cargados de alta enerxía (un muón en vermello e un electrón en verde no lado esquerdo da imaxe), aparecendo un desequilibrio significativo do momento transversal (frecha rosa no lado dereito da imaxe), que apuntaría na dirección na que poderían ter ido as partículas de materia escura non detectadas.


The Search for Hidden Particles (SHiP) experiment.

Tomado de ShiP Website

SHiP e a instalación asociada SPS Beam Dump Facility é un novo experimento de propósito xeral que se está preparando no acelerador SPS do CERN para buscar partículas "escuras" tal e como predín un gran número de modelos de Sectores Escuros quen de explicar, por exemplo, a materia escura, as oscilacións de neutrinos e a orixe da asimetría de bariones no Universo. O experimento está deseñado para buscar calquera tipo de partículas de longa vida e debilmente interactivas, entre as que se atopan, por exemplo, leptones neutros pesados, fotóns escuros, escalares escuros, partículas similares a axiones e partículas supersimétricas lixeiras, etc., así como diferentes tipos de materia escura lixeira.

A alta intensidade do SPS e, en particular, a gran produción de mesóns charme e fotóns co feixe de protóns de 400 GeV permiten unha procura exhaustiva na escala MeV-GeV en moitas ordes de magnitude de axuste. O detector incorpora dous aparellos complementarios destinados a buscar partículas ocultas tanto a través de desintegracións visibles como a través de firmas de dispersión procedentes do retroceso de electróns ou núcleos. Ademais, a instalación é idónea para estudar as interaccións dos neutrinos tau.

Ver máis…


Ademáis dos experimentos en aceleradores de partículas, hai outras propostas para detectar a materia escura baseadas no estudo da  materia escura galáctica, pero traemos aquí un intento diferente realizados polos Físicos do Laboratorio Nacional de Aceleradores SLAC (EEUU). Propoñen unha nova maneira de buscar materia escura utilizando dispositivos cuánticos, que poderían sintonizarse de xeito natural para detectar o que os investigadores denominan materia escura "termalizada".

Ver máis...



 


AUTORES

Xabier Cid Vidal, Doctor en Física de Partículas (experimental) pola Universidad de Santiago (USC). Research Fellow in experimental Particle Physics no CERN, desde xaneiro de 2013 a decembroe de 2015. Estivo vencellado ao Depto de Física de Partículas da USC como becario "Juan de la Cierva", "Ramon y Cajal" (Spanish Postdoctoral Senior Grants), e Profesor Contratado Doutor.  Desde 2023 é Profesor Titular de Universidade nese Departamento (ORCID).

Ramon Cid Manzano, foi profesor de Fïsica y Química no IES de SAR (Santiago - España), e Profesor Asociado nol Departamento de Didáctica de Ciencias Experimentais da Facultade de Educación da Universidad de Santiago (España), ata oseu retiro en 2020. É licenciado en Física e en Química, e Doutor pola Universidad de Santiago (USC).(ORCID).


CERN


CERN WEBSITE

CERN Directory

CERN Experimental Program

Theoretical physics (TH)

CERN Experimental Physics Department

CERN Scientific Committees

CERN Structure

CERN and the Environment

LHC


LHC

Detector CMS

Detector ATLAS

Detector ALICE

Detector LHCb

Detector TOTEM

Detector LHCf

Detector MoEDAL

Detector FASER

Detector SND@LHC

 


NOTA IMPORTANTE

Toda a Bibliografía que foi consultada para esta Sección está indicada na Sección de Referencias

 


© Xabier Cid Vidal & Ramon Cid - rcid@lhc-closer.es  | SANTIAGO |

···