La estudiante de doctorado de la Universidad de Aalto, Juska Pekkanen, es parte de un grupo que trabaja con las energías de colisión más altas jamás logradas.

El trabajo en el centro de investigación CERN en Suiza se hizo ampliamente conocido cuando el descubrimiento del bosón de Higgs, ganador del premio Nobel de 2013, completó el modelo estándar de física de partículas. Lo que Pekkanen y miles de otros físicos del CERN hacen ahora, es explorar fenómenos que van más allá de la comprensión actual del mundo subatómico.

Por ejemplo, sólo el 15 por ciento de la masa de todo el universo se puede explicar ahora con materia visible normal, el resto es materia oscura de la que hay muy poco conocimiento. Un misterio igualmente envuelto es la energía oscura que hace que el universo se expanda y aleja los cuerpos celestes unos de otros.

"Debido a que estas y muchas otras preguntas aún quedan sin respuesta, debemos tratar de abordarlos y comprender fenómenos que no tienen explicación en la física actual, "dice Pekkanen.

Una forma de hacer esto es hacer que los protones, los núcleos de los átomos de hidrógeno, choquen a velocidades y energías tremendamente altas, y estudiar qué sale de los choques. Pekkanen y sus colegas se han centrado en las explosiones de partículas llamadas "chorros" que nacen cuando los protones chocan. Estos eventos podrían contener leves signos de partículas completamente nuevas.

Autopsias de millones de explosiones de partículas

El estudio de los chorros a nivel de partículas se ha convertido en un campo incipiente en la física, apodado por Pekkanen y sus colegas en el experimento CERN Compact Muon Solenoid (CMS) como 'particología de chorro'. Registran las colisiones en el Gran Colisionador de Hadrones del CERN y miden sus consecuencias. Prácticamente cada colisión produce jets, o ráfagas de decenas de partículas que consisten en quarks y gluones. Los investigadores cuentan la energía total en los chorros y miden cómo su energía es transportada por diferentes tipos de partículas.

"Estamos tratando de obtener una comprensión lo más detallada posible de los chorros con los millones de sensores en nuestros 20 metros de largo, Detector de 15 mil toneladas. Cuanto más precisos obtengamos con nuestras medidas, cuanto más fácil se vuelve descubrir nuevas partículas, "dice Pekkanen.

Las miles de señales que captan algunos de los millones de sensores deben clasificarse con algoritmos complejos. Al recrear los eventos con simulaciones por computadora, los sensores se pueden ajustar.

Los jets podrían según Pekkanen, también será clave en la búsqueda de nuevas partículas masivas. Se ha centrado en eventos en los que una colisión de partículas produce dos chorros que estallan en direcciones opuestas.

"Estos eventos podrían ser el punto en el que una partícula desconocida nace por primera vez y luego se descompone instantáneamente en otras partículas. Analizamos miles de millones de estas colisiones y vemos si detectamos alguna anomalía que pueda ser un signo de una nueva partícula revolucionaria". "explica Pekkanen.

El estudio utiliza el nivel de energía más alto jamás alcanzado en el Gran Colisionador de Hadrones:13 teraelectronvoltios. Para un solo protón eso es bastante, aproximadamente la energía cinética de un mosquito volando. Cuente todas las energías de protones juntas:suficientes para volar un jumbo jet.

Los experimentos continuarán:a finales de 2022, los físicos esperan recopilar hasta diez veces más datos.

"Hasta ahora no hemos encontrado la próxima nueva partícula masiva. Esto significa que existe la necesidad de diseñar la próxima generación de colisionadores y detectores de hadrones para alcanzar energías aún más altas y, con suerte, una nueva física tan esperada".