A comprensión do estado da materia nos primeiros instantes do universo ou a simetría entre materia e antimateria, próximas dianas dos investigadores da USC no LHC

Nos próximos días o Large Hadron Collider (LHC) do CERN, o máis grande e potente acelerador de partículas do mundo, iniciará unha segunda fase de operación que se vai prolongar aproximadamente tres anos, período no que o LHC operará a enerxías nunca antes alcanzadas, de 13 TeV, e que duplican as rexistradas na súa primeira etapa de funcionamento. Investigadores da USC, incorporados en dous dos experimentos que operan arredor do LHC –o LHCb e ALICE-, agardan que neste novo período de actividade do LHC permita avanzar na comprensión do comportamento de materia e antimateria ou no estado da materia nos primeiros microsegundos de existencia do universo logo do Big Bang, en definitiva abrindo novas portas a descubrimentos da Física no plano máis fundamental. Como explica Carlos Salgado López, a quen o European Research Council outorgou en 2011 unha bolsa Starting Grant, “duplicar a enerxía do LHC permitirá acceder a estados da materia con temperaturas nunca producidas en laboratorio, como as existentes nos primeiros microsegundos despois do Big Bang”. O investigador da facultade de Física traballa no proxecto ‘Hot and dense QCD in the LHC era’, para “estudar estados da materia a altísimas temperaturas onde os quarks e os gluóns están libres en distancias macroscópicas do tamaño do núcleo atómico”. Ao abeiro do programa Starting Grant, o equipo de Carlos Salgado deseñou o HotLHC para “entender este novo estado da materia, determinado polas propiedades da Cromodinámica Cuántica”, a interacción forte que mantén unidos os núcleos atómicos. O equipo traballa coa hipótese de que o medio que poboaba todo o Universo primixenio é un líquido ideal a unha altísima temperatura con rexistros varios centos de miles de veces maiores cas do centro do Sol. A enerxía que se alcanzará co reinicio da actividade do acelerador aumentará as potencialidades, en particular, de dúas das medidas, “as dos jets ou chorros de partículas que son producidos nas colisións fundamentais e as da física de grandes densidades de gluóns na estrutura nuclear”, engade o integrante do mesmo equipo Néstor Armesto. Isto permitirá medir, “cunha precisión nunca antes acadada”, as propiedades deste estado extremo da materia así como “estudar os estadios iniciais da colisión e o fenómeno polo cal se alcanza un sistema de equilibrio térmico, esta última unha das grandes incógnitas do programa de física do LHC”. Antimateria O experimento LHCb, no que USC ten unha contribución destacada, tamén pode alcanzar descubrimentos fundamentais na comprensión das diferenzas entre materia e antimateria, segundo explican Juan Saborido Silva, xefe do grupo de investigación na USC, e Abraham Gallas Torreira, xefe do equipo da USC dentro do LHCb. Este experimento está deseñado para estudar a ruptura da simetría entre materia e antimateria producida no Big Bang, momento no que a materia “venceu” á antimateria, formando os átomos que compoñen galaxias, estrelas, planetas e todo o que existe, sen que a día de hoxe se saiba exactamente porqué. O equipo da USC de LHCb explora, entre outras cousas, as diferenzas existentes entre materia e antimateria. En determinadas circunstancias é posible observar partículas de materia que se converten en antimateria transitoriamente, nun proceso oscilatorio cuxa frecuencia os investigadores miden. Estas oscilacións “son moi sensibles á existencia de partículas moi pesadas non antes vistas e que non se pode detectar directamente á enerxía de operación actual do LHC”, explica Juan Saborido en referencia á enerxía que se agarda o acelerador alcance nesta segunda etapa de funcionamento. Como explican os promotores do equipo compostelán, o LHCb está deseñado para detectar os efectos indirectos que partículas masivas sen descubrir poden ter en desintegracións de mesóns de beleza que se producen no LHC. Neste senso, Juan Saborido sinala que LHCb pode explorar de xeito indirecto rexións de enerxía non accesibles aos grandes detectores ATLAS e CMS. Tanto ATLAS como CMS son experimentos que realizan buscas directas de novas partículas que, ou ben son predicións de teorías existentes candidatas a substituír o Modelo Estándar -a máis exitosa teoría que os/as científicos/as teñen para describir a maior parte dos fenómenos asociados a partículas elementais e as súas interaccións-, ou darían en todo caso indicacións de cómo construír esa nova teoría. Como engaden os investigadores, neste senso, para a observación directa de novas partículas é necesario acadar a enerxía precisa para crealas no laboratorio a través da máis famosa ecuación da ciencia E=mc2. Novo Starting Grant

A USC construíu unha parte do detector de LHCb e foi moi activa na análise dos datos da primeira fase. Ademais, investigadores liderados por José Angel Hernando e Diego Martínez descubriron a desintegración rarísima dun mesón Bs en dous muóns, un dos resultados máis importantes do LHC despois do descubrimento do bosón de Higgs. Agora, a USC redobrará os seus esforzos na segunda fase de operación de LHCb coa próxima incorporación de Diego Martínez, a quen o ERC concedeu unha axuda Starting Grant. O proxecto de Diego Martínez vai a estender o alcance científico de LHCb máis alá do seu deseño orixinal, coa modificación do detector para poder seleccionar e estudar mesóns lixeiros con estrañeza, que achegarán información complementaria á dos mesóns con beleza.