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Cómo las tarjetas gráficas ayudan a capturar el fenómeno más insólito del universo

Unos físicos han mejorado un detector del Gran Colisionador de Hadrones del CERN para cazar partículas raras que puedan arrojar luz sobre la formación del universo.

Investigación fundamental

El Modelo Estándar de la física de partículas es la mejor opción de la que se dispone en la actualidad para explicar las leyes de la naturaleza. Sin embargo, no consigue explicar fenómenos como la materia oscura, la gravedad a escala cuántica y el desequilibrio observado entre materia y antimateria en el universo.

Unas leyes universales

Los modelos alternativos, como la supersimetría, esperan su oportunidad. Para probar cuál de estas teorías es la más precisa, Diego Martínez Santos, coordinador del proyecto BSMFLEET, examinó una partícula subatómica conocida como quark extraño. En ocasiones extremadamente raras, el quark extraño decae de forma inesperada debido a la violación del sabor. La medición de la tasa de estos fenómenos daría una pista de cuál es el modelo más preciso. «El Gran Colisionador de Hadrones (LHC, por sus siglas en inglés) es un detector que reconstruye decaimientos de partículas, pero no estaba previsto que seleccionase quarks extraños», explica Santos.

Videojuegos

Hace unos seis años, los físicos observaron que el decaimiento del quark extraño era algo que podía registrarse usando un sistema de activación modificado en el detector LHCb, uno de los cuatro detectores principales del CERN. Su equipo, de la Universidad de Santiago de Compostela, desarrolló un sistema de activación que se utilizó durante el período 2016-2019. Más recientemente, se ha mejorado el sistema mediante tarjetas GPU, cuyo uso más habitual es procesar los gráficos de los videojuegos. Los decaimientos de los quarks extraños no se apartan demasiado de su cantidad de movimiento inicial, por lo que resulta difícil observarlos encima del ruido de fondo. Es más: el Modelo Estándar predice que la probabilidad de que se produzca el decaimiento inusual que Santos buscaba es de 1 entre 200 000 millones, lo que significa que Santos buscaba tan solo dos incidencias en todos los datos recopilados de 2015 a 2018. Otros modelos predicen una frecuencia mucho mayor, de una vez por cada millón de eventos. «El objetivo es encontrar cualquier desviación del Modelo Estándar: los decaimientos que el modelo casi prohíbe», comenta. «En otros modelos, estos eventos no quedan tan excluidos, por lo que tendríamos que decidir cuál debería reemplazar al Modelo Estándar».

Una ciencia lenta

El trabajo se realizó con el apoyo del programa Horizonte 2020 de la Unión Europea (UE). «Sin la financiación de la UE, habría sido casi imposible haber llevado a cabo esta investigación», afirma Santos. Ahora que se han completado las tareas principales, Santos y su equipo comenzarán a analizar sus datos en 2021 para buscar lo que quizás acabe siendo el evento más extraño jamás registrado en el acelerador gigante de partículas. Santos señala que su interés por analizar la física captada en colisiones que duran una milmillonésima parte de un segundo surge de su deseo «por entender mejor las leyes fundamentales de la naturaleza». A lo que añade: «Puede que, en algún momento del futuro, quizás dentro de unos siglos, existirá una aplicación para lo que descubramos. A veces hace falta tiempo para aplicar por completo los grandes avances que, en principio, parecen abstractos».

Palabras clave

BSMFLEET, universo, física, LHC, CERN, extraño, quark, muon, decaimiento, sabor, violación

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