QNP2024

Cumbre mundial de física nuclear en Barcelona: todos los avances

Más de 200 expertos debaten sobre los grandes desafíos científicos del siglo XXI

Inteligencia Artificial en el Experimento ATLAS del CERN.

Inteligencia Artificial en el Experimento ATLAS del CERN. / CERN.

Eduardo Martínez de la Fe

Eduardo Martínez de la Fe

La Universidad de Barcelona acoge esta semana una cumbre mundial de física nuclear y hadrónica para debatir las posibilidades de los núcleos atómicos para desvelar los misterios que rodean a los componentes esenciales de la materia cósmica.

Del 8 al 12 de julio, la Universidad de Barcelona (UB) es el epicentro de la décima Conferencia Internacional de Quarks y Física Nuclear (QNP2024).

Este evento, organizado por el Instituto de Ciencias del Cosmos de la UB (ICCUB), reúne a más de doscientos expertos internacionales para debatir los últimos avances en teoría, experimentación y tecnología en el campo de la física nuclear y hadrónica.

La física nuclear estudia la estructura de los núcleos atómicos y la física hadrónica estudia una partícula subatómica llamada hadrón, formada por quarks unidos por la interacción nuclear fuerte.

Núcleo atómico, laboratorio

Se trata de uno de los campos más apasionantes de la ciencia actual porque la física nuclear y hadrónica se centran en el núcleo atómico, un laboratorio único en el que se encuentran diferentes interacciones (fuertes, débiles y electromagnéticas) y partículas.

El estudio de los núcleos atómicos y sus componentes presenta diversos retos científicos fascinantes, como la comprensión fundamental de las interacciones fuertes, el desarrollo de modelos nucleares más precisos o la exploración de nuevos estados de la materia.

Hadrones exóticos

El estudio de nuevos hadrones exóticos (también en el programa de la QNP2024) forma parte de este proyecto de investigación, ya que se piensa que contienen muchos gluones, que son las partículas más misteriosas que se conocen: solo existen en las profundidades de los núcleos atómicos y son responsables de más del 95 por ciento de la materia visible en el universo.

Sin embargo, todavía desconocemos cómo es posible que así se forme la mayor parte de la materia, ya que los gluones no poseen masa ni carga eléctrica, pero sí carga de color (una forma de llamar y diferenciar los diferentes tipos de una magnitud física asociada a los quarks).

Partículas con sufrimiento

La carga de color de los gluones es más bien un número cuántico que, además de transmitir la interacción nuclear fuerte, también la experimenta o la sufre, según las expresiones de los físicos.

Por todo ello, el núcleo atómico, contemplado como ejemplo de un sistema cuántico finito fuertemente correlacionado en funcionamiento, ofrece una riqueza potencial no solo para conocer mejor la naturaleza íntima de la materia y la energía, sino también para desarrollar aplicaciones que van desde la medicina hasta la medicina, la energía o la meteorología.

Campo de pruebas

El núcleo atómico ofrece además un campo de pruebas excepcional para el estudio de nuevos fenómenos físicos y permite realizar un intercambio fructífero entre la experimentación y la teoría.

En el ámbito de la astrofísica, por ejemplo, el núcleo atómico ofrece la posibilidad de entender la nucleosíntesis (proceso de creación de nuevos núcleos atómicos a partir de los nucleones preexistentes) que se da en el universo, así como de conocer mejor la composición interna de las estrellas de neutrones, facilitada por la observación de la materia nuclear en condiciones extremas que podría alcanzarse en laboratorio.

La nueva física: más allá del modelo estándar

Uno de los aspectos más emocionantes de la QNP2024 es la discusión sobre la “nueva física”. Este término se refiere a teorías y descubrimientos que van más allá del Modelo Estándar de la física de partículas, que actualmente describe tres de las cuatro fuerzas fundamentales de la naturaleza: el electromagnetismo, la interacción nuclear débil y la interacción nuclear fuerte.

Sin embargo, el Modelo Estándar no incluye la gravedad, lo que ha llevado a los científicos a buscar una teoría más completa que unifique todas las fuerzas fundamentales. La “nueva física” busca llenar estos vacíos y explorar fenómenos que el Modelo Estándar no puede explicar.

Límites del Modelo Estándar

Los experimentos de doble desintegración beta de los núcleos atómicos, que buscan dilucidar la naturaleza de los neutrinos, ayudarán a conocer mejor los límites del Modelo Estándar de la física de partículas, mientras que la observación detallada de procesos nucleares y hadrónicos creados en laboratorio podrían a su vez dar lugar a la detección de la materia oscura, según se explica en un comunicado de la UB.

La QNP2024 será una plataforma para discutir estos avances y explorar nuevas fronteras en la investigación nuclear:  físico teóricos y experimentales compartirán los recientes progresos alcanzados en la física hadrónica y nuclear, especialmente los alcanzados sobre la estructura de los quarks y gluones de los hadrones, así como las desintegraciones e interacciones entre diversas partículas.

Novedades tecnológicas

También hablarán de lo que hemos avanzado en el conocimiento de la materia oscura fría (en la que la velocidad de sus partículas es muy inferior a la velocidad de la luz) y las novedades tecnológicas que han alcanzado los grandes equipamientos que se utilizan para el estudio del núcleo atómico.

En 1940, el físico estadounidense Ernest Orlando Lawrence, que fue el primero en concebir un acelerador de partículas, dijo al recibir el Premio Nobel de Física: “el ataque al núcleo atómico requiere el desarrollo y la construcción de grandes instrumentos a escala de ingeniería”.

Poco podía imaginar de lo que hablan estos días en Barcelona los participantes en la QNP2024: no solo se han consolidado y desarrollado los aceleradores de partículas hasta límites inimaginables, sino que la supercomputación también está ayudándolos a medir las interacciones de quarks en los hadrones, mientras la Inteligencia Artificial está integrada desde hace años en el detector de partículas más grande del mundo, según explicó el mes pasado el ATLAS Experiment del CERN. El futuro del aprendizaje automático en física de alta energía es brillante, añade.

Es un gran momento para la física nuclear y hadrónica.