Carla Marín, física: “Intentamos reproducir las condiciones que había en el origen del universo”

En 2012, el Laboratorio Europeo de Física de Partículas (CERN) anunció el descubrimiento del bosón de Higgs. Esta partícula, que explica por qué la materia tiene masa, confirmaba predicciones hechas en 1964 y es una pieza fundamental del Modelo Estándar, la teoría que explica el comportamiento de las partículas que componen el mundo. ...

En 2012, el Laboratorio Europeo de Física de Partículas (CERN) anunció el descubrimiento del bosón de Higgs. Esta partícula, que explica por qué la materia tiene masa, confirmaba predicciones hechas en 1964 y es una pieza fundamental del Modelo Estándar, la teoría que explica el comportamiento de las partículas que componen el mundo. El descubrimiento fue posible gracias a una infraestructura descomunal, el Gran Colisionador de Hadrones (LHC), un anillo de 27 kilómetros de diámetro construido cerca de Ginebra (Suiza) que costó más de 7.000 millones de euros. En su interior, circulan protones dirigidos por grandes imanes y chocan entre sí recreando situaciones que no existen en la naturaleza desde los primeros instantes tras el Big Bang.

Aquel hito atrajo un interés extraordinario por la física fundamental que desde entonces se ha desvanecido, pero la máquina sigue funcionando en busca de información con la que comprender de qué está hecho el cosmos. Carla Marín (Barcelona, 33 años) es una de las científicas que sigue poniendo a prueba los límites del Modelo Estándar. Profesora en la Universidad de Barcelona, acaba de recibir el premio como investigadora joven en Física Experimental que conceden la Real Sociedad Española de Física y la Fundación BBVA.

En Ginebra, Marín colabora en el detector LHCb, uno de los cuatro grandes donde el LHC hace colisionar los protones para testar los límites de la física entre las desintegraciones que quedan tras el impacto. “Somos especialistas en estudiar los quarks de tipo b, los más pesados que conocemos”, cuenta Marín. “Medimos con mucha precisión cómo se crean, como se asocian con otros quarks o cómo se desintegran, porque son partículas inestables, y comparamos ese comportamiento con lo que nos dice la teoría, para ver si en algún punto se rompe; buscamos nueva física de forma indirecta”, explica.

Pregunta. ¿Nos puede recordar qué están haciendo en el LHC?

Respuesta. Aceleramos protones a mucha velocidad, dándoles mucha energía, y cuando ya tienen la energía más alta que les podemos dar, los hacemos colisionar. De ahí, del hecho de tener tanta energía, es de donde se producen estas partículas que tienen más masa. No surgen de la nada, estamos transformando energía en materia.

P. ¿Estas partículas que aparecen tras esas colisiones han existido alguna vez en el universo?

R. Creemos que sí, pero no lo sabemos. Se cree que al inicio del universo, cuando era muy energético, muy caliente y muy denso, estaba concentrado en un espacio muy pequeño. La teoría del Big Bang nos dice que, en ese momento, había un estado, una sopa de quarks, donde existían todos estos quarks que conocemos, los seis quarks que nos predice el Modelo Estándar, que circulaban libres, por la cantidad de energía que había. Nosotros intentamos reproducir las condiciones que había en el origen del universo.

P. A usted le han dado una beca Starting Grant del Consejo Europeo de Investigación para llevar a cabo el proyecto CLIMB. ¿Qué va a buscar?

R. Queremos estudiar las desintegraciones de un quark b, que es de los más masivos, a un quark d, que es de los más ligeros, y dos leptones. ¿Por qué? Esto, en el Modelo Estándar, es posible, pero pasa muy pocas veces. Del orden de una cada 100 millones de veces que un quark b se desintegra lo hará de esta manera. Si hay otra partícula, otra fuerza que no conocemos hasta ahora, que el modelo estándar no predice, pero que existe en la naturaleza, puede afectar a este tipo de desintegraciones. Cuanto más rara sea esa desintegración en el Modelo Estándar, más sensible va a ser a cualquier efecto, por pequeño que sea, que se salga del modelo y que pueda indicar que hay una nueva partícula o una nueva fuerza interaccionando con los quarks b.

P. Einstein buscaba una teoría unificadora, que pudiese explicar todo el universo. ¿Es razonable seguir buscando este tipo de teoría o la realidad funciona de otra manera?

R. No lo sabemos realmente. Hay teorías unificadas donde intentamos explicar las fuerzas que existen en la naturaleza a partir de un origen común, aunque no están muy de moda ahora mismo. El problema es cómo comprobar si lo que predicen pasa en la naturaleza o no. Necesitaríamos mucha más energía de la que podemos crear ahora en los experimentos para ver sus efectos. Puede ser que haya un punto donde las fuerzas que nosotros estudiamos se comporten de una manera un poco diferente, pero por lo que sabemos ahora, esto seguramente pasará a una energía muy alta, a la que ahora mismo no tenemos acceso.

Se ha hablado a veces, en una idea un poco de ciencia ficción, de hacer un acelerador alrededor de la Tierra. Necesitarías algo a esta escala que, con la tecnología que tenemos, no es factible. Lo que estamos haciendo es buscar nuevas maneras de acelerar partículas, más allá de las que utilizamos ahora con imanes superconductores. Se estudian plasmas y otras tecnologías para alcanzar mayores aceleraciones en menos espacio, pero no sabemos cuánto tiempo puede tardarse en desarrollar esas nuevas tecnologías.

P. Una de las partículas que se buscan, pero no se encuentran, es la que compondría la materia oscura.

R. Tenemos evidencias bastante claras, sobre todo en la escala del universo, cuando observamos galaxias, que necesitamos una materia que no conocemos para explicar los efectos gravitatorios que vemos. Hemos buscado en muchos sitios y no hemos encontrado nada hasta ahora, así que a veces me pregunto si no estaremos buscando la materia oscura en los lugares incorrectos, si tenemos que darle la vuelta al problema. Se han propuesto, por ejemplo, variaciones en la teoría de la gravedad, pero no parecen muy prometedoras. Estamos mirando en todos los sitios posibles, en masas muy pequeñas que interaccionan mucho o masas muy grandes que interaccionan muy poco, pero no hemos visto nada en ningún sitio, así que me pregunto si no estamos aplicando mal los conocimientos que tenemos.

P. Da la sensación de que a finales del siglo XIX y principios del XX hubo avances mucho más espectaculares, con el modelo atómico, la teoría cuántica, la relatividad o el Big Bang. ¿Ahora se avanza más lento?

R. Creo que es cierto, ahora se avanza un poco más lento, pero creo que la diferencia es que justamente en la época que comentas superamos la barrera técnica para poder llegar a ver, por ejemplo, quarks. Se pudo llegar a ver ese nivel de cosas pequeñas que está relacionado con la energía que necesitas poner en tu sistema. Después, hemos avanzado, pero lo hemos hecho de una forma muy lineal. Hemos llegado a poder crear y observar el bosón de Higgs en nuestras colisiones, pero estamos hablando al final del mismo rango de energías, no estamos hablando de órdenes de magnitud diferentes. Es posible que ya hayamos visto todo lo que se puede ver en este rango en el que estamos y necesitemos un salto, no simplemente un avance lineal en la tecnología para poder llegar al siguiente estado. Sin esta tecnología, sin poder dar este salto tecnológico para tener los nuevos aceleradores que comentaba antes, va a ser muy difícil que podamos llegar al siguiente nivel.

Puedes seguir a MATERIA en Facebook, X e Instagram, o apuntarte aquí para recibir nuestra newsletter semanal.