Periódico Alma Máter

Imagen de una de las 14 billones de colisiones analizadas por los científicos. Cortesía CERN.

Supongamos que el Universo es una mina infinita de oro; los científicos excavan en lo más profundo para encontrar el preciado tesoro. Los tesoros del Universo, en este caso sus secretos, podrían estar ocultos en las partículas que, a diferencia del oro, son imperceptibles.

Años atrás se creía que la parte más pequeña de la materia era un átomo —entendiendo a la materia como todo lo que ocupa un lugar en el espacio—. Sin embargo, la ciencia ha demostrado que un átomo está compuesto, entre otros, por electrones, neutrones y protones; estos dos últimos, a su vez, compuestos por quarks, conocidos también como partículas.

Para dimensionar lo diminutas que pueden ser las partículas, tomemos como ejemplo un átomo de hidrógeno, que mide aproximadamente 0.24 nanómetros —¡ni la mitad de un nanómetro!—. Un nanómetro es la mil millonésima parte de un metro. Aunque los quarks varían en tamaño, se estima que pueden llegar a ser 12 millones de veces más pequeños que un átomo de hidrógeno¹.

Así las cosas: si los humanos midiéramos el tamaño de los quarks, el átomo de hidrógeno sería similar al tamaño de la tierra. «Para ser honesto, ni yo soy capaz de hacerme una idea real de su tamaño», destacó Jhovanny Mejía Guisao, físico de la Universidad de Antioquia.  

El oro del Universo

Usando la ciencia de datos o minería de datos, Mejía y su colega mexicano Alberto Sánchez Hernández —miembros del Experimento CMS de la Organización Europea para la Investigación Nuclear, CERN, por sus siglas en francés—, recopilaron 14 mil billones de datos de las colisiones entre protones hechas entre el 2016 y el 2018, en el experimento CMS de la Organización, que usa el Gran Colisionador de Hadrones. Esas colisiones se realizan a una velocidad similar a la de la luz y producto de ellas se pueden apreciar partículas nunca vistas.

«De los 14 mil billones de eventos para su análisis, descartamos hasta llegar a mil y luego a un rango de 120. Encontramos dos partículas que contienen un quark c y un antiquark b, que son estados excitados de una partícula llamada bc. Decimos estados excitados cuando los niveles de energía cambian, aumentan o disminuyen. Se presumía de su existencia, pero no se había comprobado. Además, logramos medir la masa de una de ellas e identificar la diferencia de la masa entre ambas», destacó Jhovanny Mejía, líder de la investigación.

«Ese conocimiento de la masa de estas “excitaciones” es muy interesante, ya que los modelos teóricos luchan para predecir su valor. Este resultado es importante desde el punto de vista científico y técnico», declaró Alberto Sánchez Hernández en una entrevista dada al Centro de Investigación y de Estudios Avanzados del Instituto Politécnico Nacional —Cinvestav—, de México.

De acuerdo con el profesor Mejía, el descubrimiento aporta al entendimiento que tenemos de cómo se creó el universo, cómo ha ido evolucionando y su naturaleza. Posteriormente este conocimiento es transferido a otras áreas y se evidencia en invenciones y aplicaciones para la vida cotidiana.

«Los esfuerzos en la búsqueda del entendimiento de la naturaleza se ven reflejados en la física médica, tomografías y radiaciones con rayos gama y beta, por mencionar algunos. En este momento las partículas que descubrimos no tienen aplicación, pero con seguridad se les dará algún uso», enfatizó Mejía Guisao.

A raíz de la investigación y el hallazgo, el portavoz del Experimento CMS, Roberto Carlin,resaltó en una publicación realizada por el CERN que «es verdaderamente un signo de colaboración científica efectiva y de la alta calidad del detector, el software y la colaboración de CMS en general. Estoy orgulloso y extremadamente impresionado —dijo— de que la comprensión de los datos recopilados tan recientemente esté lo suficientemente avanzada como para producir este resultado tan competitivo y emocionante».

Aunque la Universidad de Antioquia hizo parte de los líderes del análisis y el descubrimiento, los datos usados son producto de años de trabajo de cerca de 3 mil científicos que hacen parte del CERN.

Más datos del CERN

• El Experimento CMS —Solenoide compacto de muones— es el más grande del Cern. El HCB, el Atlas y Alice son otros experimentos que tienen lugar allí.
   
• Durante 10 años de trabajo el CERN ha descubierto 5 partículas. La cuarta y la quinta fueron descubiertas en simultáneo gracias a esta investigación. Entre ellas se destaca el bosón de Higgs, hallada en el 2012.

1 Según el análisis Límites en el radio de quark efectivo desde Dispersión ep inclusiva en HERA, publicado en el 2006 en la revista Física Letras B. https://arxiv.org/pdf/1604.01280.pdf