En busca de las claves del universo:

2000 GeV más cerca del origen de las estrellas (y del universo)

Comenzó con una violenta explosión desde un solo punto de energía, inconcebiblemente caliente y denso, en donde espacio, tiempo y materia eran uno solo. El universo en aquel momento era una semilla ardiente. Mientras se expandía y se enfriaba - aunque era incomprensiblemente caliente - la bola de fuego primigenia desencadenó las fuerzas y los constituyentes de la naturaleza. En un relámpago se fraguaron las leyes de la física.

Esta es la estupenda versión acerca de la creación del universo que nos dan hoy el modelo big bang de cosmología junto con el modelo estándar de la física de partículas elementales. Se cree que existía una gran unidad en el comienzo del espacio, tiempo y materia mismos. Tal vez un solo tipo de fuerza, tal vez un solo tipo de partícula elemental. Esta unidad y simetría perfectas se fueron perdiendo para dar lugar al nacimiento de diversas y ricas interacciones y constituyentes materiales. En los primeros instantes se formaron los protones y neutrones, constituyentes de los núcleos atómicos. En los primeros minutos se estabilizaron los primeros núcleos livianos. Pasaron millones de años para que la materia se condensara para formar estrellas y luego planetas.

Hoy el universo está frio y ha llegado a un estado en donde la mayoría de la materia es estable, densa, "congelada". La unidad y simetrías originales, intrínsecas al universo, se han mantenido escondidas... hasta hace poco. En la medida en que se han explorado a mayor profundidad las entrañas del mundo subatómico hemos recreado mas atrás en el tiempo los primeros instantes del big bang.

Cuando se estudia el comportamiento de fuerzas y partículas a menores y menores escalas de distancias - que corresponde a mayores y mayores escalas en energía (energía ~ 1/distancia), encontramos comportamientos cada vez más exóticos en comparación con aquellos observados en el mundo macroscópico ordinario. A escalas de 10^-16 cm las interacciones son gobernadas por procesos que solamente tiene contrapartes en los instantes tempranos del universo.

En este sentido un acelerador de partículas de las más altas energías (2000 GeV en Fermilab) produce un mini big bang, recreando en miniatura y  por un instante fugaz las condiciones mismas a los 10^-12 segundos del comienzo del universo. Es lo mas cercano a una máquina del tiempo que nos trasportaría de regreso allí. La altísima energía que se genera en un espacio infinitesimo en la colisión de los constituyentes de un protón con los de un antiprotón en el centro del detector D0 en Fermilab es momentámente convertida en partículas exóticas y efímeras. No parecen jugar parte en nuestro mundo ordinario, pero en realidad son indispensables para su identidad y estabilidad, y nos traen indicios de los secretos más fundamentales de la naturaleza.

www-d0.fnal.gov

Fermilab: una meca universal para la ciencia fundamental.

El nuevo Tevatron: el acelerador con las más altas energías (2000 GeV o 2 TeV) y la mayor luminosidad (intensidad).

En los próximos cinco años se planea acumular tantos datos como en 1000 años con la luminosidad del pasado.

El experimento D0:  tiene el monopolio mundial (junto con el experimento CDF),en colisiones protón-antiprotón a energías récord.

El nuevo detector D0: El detector central más nuevo y avanzado que existe hoy para colisiones p-pbar.

La colaboración D0: 500 miembros, provenientes de 60 instituciones en 15 países, incluyendo Uniandes.

La física que puede explorar: un supermercado de la física fundamental, que incluye: cromodinámica cuántica (QCD), quarks pesados (top y bottom), interacción electrodébil (W, Z, …), búsqueda del Higgs, búsqueda de física mas allá del modelo estándar de la física de partículas elementales.

D0 es el lugar ideal para ir de caza de las criaturas más exóticas (o masivas) que existan.

Show de Diapositivas (PowerPoint) con fotos sobre Fermilab, usado en Expociencia 2003. Agradezco a Fermilab por el uso de algunas de sus fotografías.

 

La bandera de Colombia ondea permanentemente en frente del Wilson Hall, edificio principal de Fermilab.

 

Porqué D0 es el mejor lugar para estar hoy?

Porque D0 ayuda a contestar las siguientes preguntas:

 

Hay una subestructura en los quarks?

Sobrevivirá QCD pruebas a las escalas más extremas?

Porqué no se observan quarks libres?

Cómo se relacionan la fuerza de color con la fuerza nuclear fuerte?

Cómo podemos ayudar a comprender la composición del protón al estudiar las maneras diferentes de decaer del W- y el W+?

Porqué el quark top es tan masivo?

Considerando lo especial que es, qué podemos aprender al estudiar las maneras como decae el quark top?

Hay explicación para el espectro y jerarquías de masas?

Explica el modelo estándar correctamente el origen de la inercia?

Con base en las medidas precisas de las masas del W y el top, cuál sería la masa del Higgs predicha por el modelo estándar?

Qué nueva información puede extraerse de la espectroscopia de los estados ligados más masivos existentes (que involucran el quark b)?

Cuál es la explicación fundamental de la relación entre los estados de masa de los quarks con los estados propios de la interacción débil?

Porqué el universo está formado de materia y no de antimateria?

Cómo se explican las violaciones de simetrías fundamentales?

Porqué hay tres generaciones o familias de fermiones fundamentales?

Cómo es la física mas allá del modelo estándar?

Existen estados excitados de los fermiones y los bosones fundamentales?

Existe una nueva simetría entre los fermiones y bosones fundamentales (supersimetría)?

Podría supersimetría explicar la materia oscura en el universo?

Existen monopolos magnéticos masivos?

Puede supersimetría lograr una mayor unificación de las interacciones?

Hay manera de probar con aceleradores las teorías de cuerdas?

Existen otras dimensiones espaciales?

Artículo (pdf) en FermiNews de marzo de 2001 que anuncia el comienzo de la nueva etapa de toma de datos en Fermilab, la cual se extendrá al menos hasta el año 2008. 

Algunos temas específicos que he trabajado o que me interesan:

Violación CP

Relacionada con la asimetría materia-antimateria en el universo. Artículo (pdf) en FermiNews de febrero de 1999 sobre la primera evidencia encontrada de violación CP en el sistema B por el experimento CDF de Fermilab.

Supersimetría

Artículo (pdf) en FermiNews de junio de 1998 sobre supersimetría y sus perspectivas en Fermilab.

Otras dimensiones espaciales

Artículo (pdf) en FermiNews de abril de 2000 sobre la búsqueda realizada recientemente en D0.