Giovanna Cottin, académica de la Universidad Adolfo Ibáñez e investigadora joven del Instituto Milenio Saphir, encabezará junto a otros dos investigadores de física teórica un grupo que se dedicará a tender puentes entre los experimentos del Gran Colisionador de Hadrones y las partículas de larga vida, que son partículas elementales teorizadas, pero aún no descubiertas. Esta labor se enmarca en la investigación de Cottin, quien se ha especializado en el desarrollo e implementación de estrategias que permitan detectar estas partículas predichas por modelos teóricos sólidos. Si se llegaran a descubrir, estas nuevas partículas abrirían las puertas a una nueva física.
Por Jorge Román
Desde que entró en funcionamiento en 2009, el Gran Colisionador de Hadrones (LHC) ha revolucionado la física. Además de confirmar la existencia del bosón de Higgs en julio 2012, el LHC ha encontrado casi 60 hadrones (partículas no elementales), entre muchos otros hallazgos. Sin embargo, todavía no ha encontrado señales claras de la existencia de nuevas partículas elementales o de una física que vaya más allá del modelo estándar (la actual teoría que explica los fenómenos subatómicos).
Una de las posibles razones por las que no se han detectado nuevas partículas puede ser que no se están buscando las señales adecuadas. Esto es lo que plantea Giovanna Cottin en su proyecto Fondecyt recientemente adjudicado «Searching for New Physics at the Lifetime Frontier» («Búsqueda de nueva física en la frontera de la vida media»). Existen teorías que van más allá del modelo estándar y predicen la existencia de partículas de larga vida media que aún no han sido detectadas. El trabajo de Cottin consiste precisamente en caracterizar las posibles señales exóticas que generarían estas partículas y, con ello, dar pistas a la comunidad de física experimental sobre qué es lo que deben buscar. Es la etapa previa al análisis de los datos: sería como decirle al detective si debe buscar huellas dactilares, pelos, restos de piel o manchas específicas en una «escena del crimen» y cómo debe recoger estas señales para poder analizarlas correctamente.
Francisca Garay, académica del Instituto de Física de la Pontificia Universidad Católica de Chile y Directora Alterna de nuestro instituto, explica que «en los experimentos, por ejemplo, en Atlas, […] se buscan partículas que decaen inmediatamente, entonces hay mucha física que podríamos estar perdiendo por estar buscando “mal”, o sea, no pensando que podría haber partículas que viajan harto».
Hoy se realizó el 11º workshop de la comunidad de partículas de larga vida. En él, Giovanna Cottin expuso sobre señales de leptones neutros de larga vida y moderó una sesión sobre el grupo de trabajo de partículas de larga vida en el LHC.
Hoy se realizó el 11º workshop de la comunidad de partículas de larga vida. En él, Giovanna Cottin expuso sobre señales de leptones neutros de larga vida y moderó una sesión sobre el grupo de trabajo de partículas de larga vida en el LHC.
«Siempre me ha gustado entender bien hacia dónde va el área [de la física de partículas]», explica Cottin. Para ella, el trabajo como una de las personas que coordina el grupo teórico «se alínea súper bien» con su investigación y esa es una de las razones por las que decidió aceptar el rol. Dice sentir mucha «responsabilidad con la comunidad científica» al asumir esta tarea, que reconoce como una oportunidad de «estrujar» las preguntas que se ha hecho en su investigación.
Una iniciativa abierta a la comunidad física mundial
El LLP Working Group —el grupo de trabajo de partículas de larga vida en el LHC, que es parte del centro LPCC del CERN— reúne físicos experimentales y teóricos para generar discusión y descubrimientos en el área de las partículas de larga vida en el LHC. Este centro se creó en 2020 debido a que estas tienen una gran importancia en las predicciones teóricas.
«Esta iniciativa no es cerrada al CERN», explica Cottin. «La idea de que exista esto en el CERN es para abrir estos estudios a la comunidad mundial». Porque, de hecho, hay una gran comunidad mundial informal llamada «Long-Lived Particle Community» integrada por investigadores de partículas de larga vida de todas partes del mundo. Crear este grupo de trabajo teórico en el CERN es una forma de sintetizar el trabajo que hace esa comunidad y encauzar su investigación a través del respaldo y la coordinación desde el CERN.
El liderazgo de Cottin es compartido con Nishita Desai (académica del Instituto Tata de Investigación Fundamental, quien trabaja con modelos de materia oscura) y José Francisco Zurita (académico del Instituto de Física Corpuscular de la Universidad de Valencia y el CSIC, especializado en modelos que predicen nuevos bosones de Higgs), junto a otros nueve investigadores representantes de los experimentos del LHC. «Ellos necesitaban a otra persona y por eso me llamaron», dice Cottin, cuyo papel de coordinadora fue aprobada por todos. Ella lo considera no solo un reconocimiento a su trabajo, sino también una señal de cómo ha crecido la búsqueda de partículas de larga vida en la comunidad física mundial.
«El nombramiento de Giovanna […] no solo es importante para ella como científica —por el reconocimiento al aporte y experticia que tiene en esta área—, sino además es muy importante para nuestro grupo teórico dentro de Saphir», dice Juan Carlos Helo, académico de la Universidad de La Serena e investigador asociado del Instituto Milenio Saphir. Según Helo, este nuevo cargo de Cottin le dará mayor visibilidad a las actividades del grupo de física teórica de Saphir dentro de la comunidad de partículas de larga vida.
«Si se logra, gracias al input del grupo teórico LLP que los experimentos cambien sus tipos de búsqueda, asumiendo que podría haber partículas que viven más, hay potencial de descubrir nueva física», dice Garay. Y que Giovanna Cottin esté en el equipo que lidera el área teórica de esta búsqueda «es súper importante. […] Ella tiene mucha pasión, sobre todo por ese tema, […] así que lo va a dejar todo en la pista».
La académica de la Universidad Adolfo Ibáñez e investigadora joven del Instituto Milenio Saphir, Giovanna Cottin, habla en este video sobre la importancia de la física de partículas y lo enriquecedora que es la diversidad en la comunidad científica.
La académica de la Universidad Adolfo Ibáñez e investigadora joven del Instituto Milenio Saphir, Giovanna Cottin, habla en este video sobre la importancia de la física de partículas y lo enriquecedora que es la diversidad en la comunidad científica.
Nuevas oportunidades
Cottin ve esta oportunidad como una forma de cosechar proyectos a futuro: determinar qué se necesita, definir temas interesantes de investigación y pedir apoyo a la comunidad teórica y experimental a nivel internacional. «Queremos sacarle el jugo a los resultados del LHC», dice Cottin, «tenemos que saber cómo esos resultados se ven cuando uno elige un modelo distinto [a los habituales]».
Como explica Cottin, el determinar qué modelo teórico se aplicará en una investigación de física experimental es complejo «porque hay muchísimos más modelos teóricos que resultados experimentales». Eso significa que hay limitaciones humanas a este trabajo, ya que el análisis experimental es muy complejo y no necesariamente sirve para dos o más modelos. Hay modelos que predicen la presencia de materia oscura, otros que predicen la presencia de leptones pesados neutros y otros que explican algunas anomalías, pero hay muchos, muchos más. Por lo tanto, el modelo a escoger depende mucho del rumbo que desee emprender el grupo teórico, de las preguntas que considere esenciales. Lo que es también un riesgo, porque el modelo elegido puede no generar ningún resultado.
No obstante, Cottin tiene claro que si el rumbo emprendido no da frutos, hay una apertura muy grande a enmendar el camino: «La ciencia siempre es dinámica. Y cuando las cosas ameritan cambiar el rumbo, se cambiará, pero siempre con objetivos de un mandato que impone el CERN […] que tiene que ver con ayudar a estos experimentos del CERN y con el potencial que tienen estos experimentos en [descubrir] nueva física», afirma Cottin.
El trabajo de Cottin con el grupo teórico de partículas de larga vida abre también varias oportunidades: nuevos temas a explorar y una profundización de los lazos del grupo teórico del Instituto Milenio Saphir con el CERN y la comunidad internacional de partículas de larga vida. «Podrían articularse, además, nuevos proyectos con científicos de esta comunidad científica internacional», dice Juan Carlos Helo.
«Siento que va a ser súper fructífero y positivo para Saphir», afirma Cottin. Ella cree esta es una oportunidad para «afianzar las conexiones con CERN en el área teórica». Su sueño es que «con alguna recomendación que se dé en este grupo se descubra una nueva partícula fundamental», dice la investigadora. «Eso sería lo máximo: ayudar en esa búsqueda de manera asertiva y certera».