Selección Española de la Ciencia 2016: Alberto Ruiz Jimeno

 Cuando le preguntan qué es la materia oscura intenta explicar lo que es… o lo que cree que es. Porque Alberto Ruiz Jimeno, miembro de la Selección Española de Ciencia 2016, reconoce que todavía no se sabe de qué está constituida ni cómo interactúa. Sostiene que sería mejor llamarla “transparente” o “invisible” debido a que ni siquiera hemos sido capaces de detectarla. 

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El físico Alberto Ruiz Jimeno

En el LHC, el Gran Colisionador de Hadrones, Ruiz Jimeno participa en el intento de producir materia oscura haciendo chocar protones con alta energía. Del análisis de los resultados de los experimentos depende que se confirmen teorías que podrían desvelar uno de los mayores misterios de la física: de qué está hecho el universo.

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P. Estará usted orgulloso de ser uno de los científicos más citados.

R. En mi campo no es un mérito, soy uno más de muchos investigadores. De lo que lo estoy es de haber contribuido a la creación de un grupo importante, el Grupo de Altas Energías del Instituto de Física de Cantabría, y de haber participado en muchos experimentos buenos durante mucho tiempo. Es una labor de equipo. Es algo que hemos creado prácticamente de la nada.

P. El bosón de Higgs ha sido uno de los grandes protagonistas de la física en los últimos años. ¿Exactamente, qué es?

R. Metafóricamente, es como si el universo estuviera cubierto por una especie de manto (un campo, técnicamente) donde las partículas se mueven con mayor o menor viscosidad. Al interactuar con él, conforman su propia masa. Cuando hay una situación muy violenta en el universo, como una colisión a muy alta energía, entonces se puede producir la partícula que es el "cuanto" de esa propiedad del universo, el llamado bosón de Higgs. Yo lo interpreto, también de forma metafórica, como una propiedad del espacio tiempo, una propiedad de lo que denominamos "vacío", pero que en realidad es el estado fundamental del Universo, nada vacío. Todas las partículas elementales se mueven en ese universo, es decir dentro del propio espacio tiempo, que incluye ese "campo de Higgs" y adquieren de él esa propiedad que es la masa.

Que el Universo es algo curioso ya se veía en otros aspectos de la física. Así, por ejemplo, con la relatividad espacial de Einstein ya se vió que el espacio y el tiempo no eran absolutos, sino que dependían del sistema de referencia y que se podían entremezclar.

P. ¿De qué está hecho el universo?

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R. Cuando uno analiza, por ejemplo, el movimiento de las galaxias u observa la radiación cósmica de fondo, que son estudios muy diferentes, se llega a la misma conclusión, que el 25% de la materia del universo no es como la ordinaria, que es la que se describe en la física de partículas para el modelo estándar. Sí que tiene aparentemente las mismas propiedades gravitacionales, pero no interactúa de la misma manera. No sabemos exactamente cómo lo hace ni de qué está constituida. Está mal llamada materia oscura porque, generalmente, una cosa oscura es algo que se ve. Debería llamarse transparente o invisible porque aunque sabemos que existe no hemos sido capaces de detectarla y de saber de qué está hecha. Sí que existen teorías bastante avanzadas. Algunas son alcanzables con experimentos como el del LHC o con otros aceleradores… si es que realmente esas teorías son válidas.

P. ¿Qué pasa si las teorías en las que se basan son erróneas?

R. El problema es que con la tecnología disponible en la actualidad no es fácil demostrar las teorías propuestas hasta ahora. Si se confirman, sería espectacular. Si no, tendremos que poner límites sobre esos modelos.

P. Usted está intentando reproducir materia oscura. ¿Cómo es posible si no sabe de qué está hecha?

R. Se puede detectar directa, indirectamente y también producirla. El primer caso va en la línea de lo que está trabajando otro miembro de la Selección Española de Ciencia, Juanjo Gómez Cadenas. La materia oscura aunque interactúe muy poquito puede hacerlo, y si tenemos un experimento con un volumen suficientemente grande de materia, podría detectarse. En el caso de la detección indirecta, es cuando partículas de materia oscura del universo interactúan entre sí y producen materia ordinaria observable. De hecho, con algunos experimentos con satélites artificiales vemos lo que ocurre y de ahí podemos deducir si hay candidatos a materia oscura.

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La otra posibilidad es producirla. Nosotros lo intentamos haciendo chocar protones con alta energía en el LHC. Una vez producida materia diferente de la ordinaria, en su caso, ésta a su vez se desintegra de una forma determinada y podría dar lugar a partículas estables de materia oscura. Analizando los sucesos de esas colisiones podemos deducir su existencia, en buena parte porque no se verificaría la conservación de la energía, ya que las partículas de materia oscura estables atravesarían nuestro detector sin interaccionar con él y toda su energía no se observaría, dándonos sucesos candidatos a materia oscura. Si esos resultados respondiesen bien a modelos teóricos con una seguridad absoluta, podríamos decir que hemos logrado generarla.

P. ¿De qué podría estar constituida?

R. Como soy un físico experimental no tengo una postura en ese sentido, hay muchos modelos teóricos. Algunos sostienen que por cada partícula de materia ordinaria hay otra supersimétrica. Esencialmente, se diferencian en que si unas tienen el spin semientero, en las otras es entero. Todavía no han podido detectarse, si es que existen, porque sus masas son muy altas. Si en algún momento se produjeran, los modelos indican que se desintegran en otras. Hasta que se llega a una partícula que es estable. Y en ese caso, esa última, interactuaría muy débilmente y se escaparía del detector. Podría entonces ser un buen candidato a materia oscura. Pero existen otros modelos más complejos.

P. ¿Qué pasará cuando sepamos de qué está compuesta la materia oscura?

R. Ahí no se acaba la física. Realmente tenemos muchas dudas. De hecho, cada vez que descubrimos algo nuevo se nos abren otras expectativas. El Universo, su energía y sus propiedades son grandes desconocidos, aún.

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P. ¿Y la energía oscura? ¿Qué es?

R. Es energía del Universo, pero actúa al contrario que la materia. Es decir, la materia se atrae gravitacionalmente, pero en este caso es al contrario: produce una presión hacia el exterior. Se trata de una especie de explosión, en lugar de implosión. Es la causante de que el universo se esté expandiendo aceleradamente, si es cierto que el 70% del universo está compuesto de ella. Pero no lo sabemos con certeza. Lo que está haciendo la física es intentar con más fiabilidad establecer hipótesis sobre qué tipo de energía podría ser. Quizás algo parecido al campo de Higgs en cuanto a sus propiedades.

P. Hace unos meses se habló de la posible existencia de una partícula desconocida con una masa seis veces mayor que la del bosón de Higgs. ¿Estamos hablando de esto?

R. No. En su momento era un exceso no suficientemente significativo como para afirmar que se hubiera visto algo nuevo. Y ese exceso se observaba en un canal parecido a uno de los que se utilizan para el descubrimiento del bosón de Higgs. Actualmente se ha comprobado, con mayor estadística, que era una fluctuación, nada nuevo.

P. ¿Descarta esto entonces la teoría de que hay partículas más pesadas en cuanto a masa que la del bosón de Higgs?

R. Todos los modelos de supersimetría predicen que hay partículas con masas bastante superiores –de hecho, el bosón de Higgs no es la más pesada de las partículas de materia ordinaria, ya que el quark top es más pesado–. Lo que ocurre es que como no se han observado, hemos puesto límites a la masa de estas partículas que, en general, como mínimo es aproximadamente superior a los mil giga electrón/voltio (mil veces la masa de un protón)

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P. Qué limitaciones tienen los aceleradores actuales?.

R. Necesitan más energía para abrir nuevos campos de observación en los que las partículas más pesadas puedan producirse. También tendríamos que conseguir mayores luminosidades, es decir, más capacidad de estadística que en los experimentos actuales. Aunque la energía del acelerador fuera la misma, eso nos permitiría analizar las propiedades de las cosas que observamos con mucha más precisión, además de comprobar si hay algo que se distancia del modelo estándar.

P. Se habla de los aceleradores lineales ¿Qué ventaja ofrecen?

R.Que las partículas que se aceleran en ellos no emiten la radiación sincrotrón que se produce como consecuencia de la curvatura de los aceleradores circulares, permitiendo alcanzar mayores energías. Además, se está pensando en colisiones de electrones contra sus antipartículas, los positrones, porque esos sucesos son mucho más limpios que los que se están dando en el LHC, es decir, protón/protón. Lo que pasa es que estos proyectos desde que se diseñan hasta que se empiezan a construir pueden pasar veinte años y en la construcción otros diez años y luego está la toma de datos… O sea, que estamos hablando de la década de 2030 o por ahí.

P. ¿Desaparecerán los aceleradores circulares?

R. Se está pensando en hacerlos más grandes, de unos 80 km, para que la curvatura sea más pequeña y así reducir la radiación sincrotrón. Así podríamos obtener energías suficientemente altas.

P. ¿Cuánto medirá el acelerador lineal?

R. El que está más avanzado, el International Linear Collider, tendrá aproximadamente unos 35 km y si se construye será en Japón. Y hay otro proyecto más a futuro que se llama CLIC, Compact Linear Collider, europeo, que. de llevarse a cabo, será un poco más tarde. En este caso, es el CERN quien lo está liderando. Tendría una tecnología diferente y unos 40 km de longitud.

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P. Qué cara pone la gente cuando les dice que su área de investigación es la materia oscura?

R. Cuando me preguntan quiere decir que hay un interés en ello. Hay mucha sorna al respecto. A nosotros los físicos nos gusta hacer muchos chistes con ello. De hecho, muchos de los nombres que ponemos a las cosas están puestas también con el fin de introducir un poco de humor y ayudar a trabajar en temas tan profundos.

P. Si el universo se expande ¿contra qué lo hace?

R. Es una cuestión intuitiva y filosófica. Es el propio espacio tiempo el que se está expandiendo.

P. ¿Dónde está el confín del universo?

R. No sabemos, pero el Universo observable, tendría que llegar, en primera aproximación, a algo que durante 13.700 millones de años ha viajado a la velocidad de la luz hasta llegar a nosotros.

P. ¿Qué papel jugaría el bosón de Higgs en un equipo de fútbol?

R. Quizás sería el portero, porque es diferente, potente, fuerte y además hace compacto el equipo. También podría ser el delantero centro, pero entonces tendría que sero más ligero.

P. Si usted tuviera el presupuesto de La Roja de fútbol ¿en qué lo invertiría?

En capital humano, en personas que puedan realizar sus post doc aquí. También habría que mejorar la tecnología de los detectores de partículas. Por ejemplo el acelerador que le comentaba puede costar unos 6.000 millones de euros y un detector bueno, alrededor de unos 600 millones de euros. Pero, sobre todo, invertiría en I+D

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