En sintonía con el gran experimento Large Hadron Collider, LHC (Ginebra, Suiza), en el Instituto de Física UC se realiza investigación en la frontera de la Física de partículas, explorando las fuerzas fundamentales –electromagnéticas, débiles y fuertes– que dan vida al Modelo Estándar, el cual describe la interacción entre las partículas que componen el universo. Nuestro grupo participa en este experimento y nuestros estudiantes viajan periódicamente a Ginebra a prestar servicios en el acelerador.

El LHC tiene dos roles. Por un lado, comprobar que el Modelo Estándar es correcto en las escalas de energías que podemos probar hoy y en este sentido el reciente descubrimiento del bosón de Higgs representa un enorme avance en esa dirección. Por otro lado, el LHC debería también encontrar nueva Física, es decir, fenómenos no observados hasta el presente que revelen los ingredientes de nuevas teorías, más profundas que el Modelo Estándar. Además, nuestro grupo trabaja en varios temas que exploran estas ideas. Las oscilaciones de neutrinos describen cómo estas partículas (increíblemente elusivas) adquieren masa. Un neutrino masivo tiene profundas implicancias desde la Física microscópica hasta las grandes escalas de la Cosmología.

Así como en el Arte y la Música, el concepto de simetría también juega un rol fundamental en la Física. Las 3 teorías que describen la Física hoy (interacciones fuertes, electrodébil y gravitacional) son construidas usando argumentos de simetría. Si llamamos N=1 a las simetrías en torno a un eje, y N=2 a las simetrías con respecto a un plano, N=3 resulta complicado. Y la extensión a N=infinito se torna imposible.

Sin embargo, los extremos muchas veces esconden grandes simplificaciones. En la Física de Partículas elementales, “N” representa el número simetrías. “Large N” es un fascinante tema en que nuestro grupo ha participado en varios aspectos. Cuando aparecen discrepancias entre experimentos y teorías, muchos físicos inmediatamente desafían las simetrías e intentan construir teorías más generales que albergan otras simetrías, o en la dirección opuesta, ¡sin ninguna simetría!

Al igual que el agua puede encontrarse, al menos, en tres fases distintas, la Física de las interacciones fuertes presenta una estructura de fases fascinante. Por ejemplo, esperamos que a muy altas temperaturas o densida – des los protones se disuelvan en sus constituyentes (quarks y gluones), formándose un nuevo estado de la materia: el plasma de quarks y gluones.

Dos de los principales problemas en la Física de partículas son la “materia oscura” y la “energía oscura”. Ambos tienen su origen en observaciones astronómicas: la dinámica de galaxias y radiación de fondo muestran que en el Universo hay mucha más materia y energía que la que vemos. Estos problemas han estimulado una colaboración sin precedentes entre físicos y astrónomos. Uno de los grandes proyectos inconclusos de la física actual es la integración de la Gravitación al Modelo Estándar. Las reglas de la Mecánica Cuántica son inconsistentes con las reglas de la Relatividad General. Después de más de medio siglo de intentos, esta fascinante pregunta sigue aún abierta.