Dos equipos de científicos del CERN –el Centro Europeo para la Investigación Nuclear, con sede en la región fronteriza francosuiza cercana a Ginebra– han completado de forma independiente un experimento propuesto hace más de tres décadas, en 1991, por los profesores del departamento de Física Teórica y del Cosmos de la Universidad de Granada Francisco del Águila, Fernando Cornet y José Ignacio Illana, indica la institución en un comunicado.

Los investigadores de la UGR publicaron hace 33 años un artículo titulado The possibility of using a large heavy-ion collider for measuring the electromagnetic properties of the tau lepton (La posibilidad de utilizar un gran colisionador de iones pesados para medir las propiedades electromagnéticas del leptón tau) y finalmente, hace unos meses, los equipos de científicos que operan los detectores ATLAS y CMS del principal colisionador de partículas con los que cuenta el CERN, el LHC, han llevado a la práctica y corroborado el presupuesto teórico que proponían desde la UGR.

"Somos físicos teóricos", explica Cornet, que añade que son los físicos experimentales los que ven la pertinencia o no de poner a prueba las teorías de sus compañeros. Entre unos y otros, los teóricos y experimentales, hay diferencias en el objeto de trabajo, pero las conclusiones de unos y otros son clave para el avance de la ciencia. Cornet señala que en estos años de validación de la teoría propuesta por los investigadores de la UGR no ha habido contactos con los científicos del CERN, lo que permite deducir que el artículo en cuestión estaba meridianamente claro en su proposición para que fuera, como así ha sido, llevado al terreno de la práctica experimental.

La prueba, en síntesis y según el comunicado de la UGR, usa los haces de iones de plomo que circulan en el LHC acelerados a muy alta energía. En algunas ocasiones dos iones de plomo no chocan realmente, sino que pasan muy cerca uno de otro, creando una interacción –llamada ultraperiférica– entre los campos electromagnéticos que sus cargas generan, en el proceso denominado fusión de fotones.

La propuesta de los profesores de la Universidad de Granada defendía que era posible usar estas colisiones ultraperiféricas para estudiar la producción de una partícula elemental llamada leptón tau y su correspondiente antipartícula, lo que constituye la forma más limpia y precisa de explorar sus propiedades electromagnéticas. La observación experimental de este tipo de procesos es extremadamente compleja, lo que explica por qué estos sofisticados detectores no habían podido hacerla hasta fechas muy recientes [2,3].

El leptón tau es uno de los doce constituyentes fundamentales de la materia, con las mismas interacciones que el electrón pero una masa mucho mayor, lo que introduce diferencias notables entre ambas partículas. Una muy importante es que, mientras el electrón es estable, y por tanto no se desintegra, el leptón tau tiene una vida media muy corta, aproximadamente 10-13 segundos. Esto hace que sea imposible medir directamente sus propiedades ya que que solo puede reconstruirse a partir de los restos de su desintegración.

El número de parejas tau-antitau que se producen en las colisiones ultraperiféricas de iones pesados depende, entre otras cosas, de una propiedad característica de esta partícula llamada momento magnético anómalo, que asemeja el tau a un pequeño imán. El Modelo Estándar de la Física de Partículas predice un momento magnético anómalo para el tau tan extraordinariamente pequeño que ATLAS y CMS solo han podido poner una cota superior a su valor, que resulta ser compatible con las predicciones.

La precisión de los resultados de ATLAS y CMS es ya comparable a la mejor cota actual [4], que fue obtenida en 2004 en el experimento DELPHI del colisionador LEP, el predecesor del LHC en el CERN. Esta medida también estaba basada en una propuesta de los Profesores Cornet e Illana [5]. La idea era similar, pero en vez de iones pesados se usaban los procesos de fusión de fotones inducidos por colisiones electrón-positrón [5]. El margen de incertidumbre experimental irá disminuyendo conforme el LHC vaya acumulando datos de más colisiones en los próximos años.

"Círculo virtuoso"

Las relaciones de la UGR con el CERN son fluidas y constantes, añade Cornet, que señala la importancia de que grupos de teóricos planteen qué hacer antes de que inmensos proyectos científicos, como el LHC, entren en funcionamiento. "Ahora planteamos investigaciones para un acelerador que se hará dentro de 20 años", ejemplifica. 

Y es que los tiempos en ciencia han de ser por fuerza diferentes a los parámetros que se usan en otras disciplinas. "Se trata de ver antes de que se haga la inversión cómo se le puede sacar el máximo rendimiento", apostilla el investigador, que en el mandado de Pilar Aranda como rectora fue vicerrector de Personal Docente e Investigador.

Sobre el largo periodo de tiempo que requiere la investigación básica para dar resultados, el científico de la UGR reflexiona sobre la importancia de este trabajo previo a la investigación aplicada. "Es un círculo virtuoso. De la investigación básica se desarrolla investigación aplicada. De ésta se desarrolla la tecnología y esa tecnología permite avanzar en la investigación básica", resume Cornet, que pone como ejemplo las pantallas de plasmas, que comenzaron a teorizarse a primeros del siglo XX.