La física moderna no podría entenderse sin el CERN, el laboratorio de física de partículas más grande del mundo, en donde se han realizado hallazgos que han definido el rumbo de la ciencia, como el descubrimiento del bosón de Higgs, una partícula descrita por varios teóricos (Peter Higgs, Tom Kibble, Gerald Guralnik, Carl R. Hagen, François Englert y Robert Brout) desde los años 60, pero cuya existencia pudo comprobarse hasta 2012 con ayuda de una de las mayores obras de la ingeniería: El Gran Colisionador de Hadrones.

Aunque el CERN es asociado por la comunidad científica con el laboratorio, ubicado en la frontera entre Suiza y Francia en un área de 600 hectáreas; en realidad, sus siglas corresponden a las de la Organización Europea para la Investigación Nuclear (en francés Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire), la cual fue fundada en 1954, originalmente por 12 naciones europeas, y que actualmente cuenta con 23 “estados miembros”, 10 “estados miembros asociados”, cuatro “observadores” y medio centenar de naciones que participan como “estados no miembros”. 

Esta Organización Europea para la Investigación Nuclear (CERN), es la encargada de dirigir el famoso laboratorio que opera el Gran Colisionador de Hadrones (LHC, por sus siglas en inglés), el cual está enterrado a más de 100 metros de profundidad y “tiene un anillo de 27 kilómetros de circunferencia con imanes superconductores que tienen una serie de estructuras aceleradoras para impulsar la energía de las partículas a lo largo del camino”, de acuerdo con el sitio web del CERN.

La enorme estructura del LHC comenzó a planearse en 1984 y se terminó de construir hasta 2008; sin embargo, luego de varias pruebas, comenzó a operar en 2010 y desde entonces es el mayor acelerador de partículas del mundo, alcanzando una potencia de 7 TeV y actualmente 13,6 TeV.

¿Por qué es importante la potencia que alcanza el LHC?

Al colisionar las partículas, mientras mayor sea el impacto, los científicos pueden identificar nuevos datos, como ocurrió con el hallazgo de la partícula conocida como bosón de Higgs en 2012. 

¿Cómo participa México en el CERN?

Ahora que hemos explicado un poco sobre el CERN y el Gran Colisionador de Hadrones (LHC), pasemos a la participación de México con este centro de investigación, el cual como hemos mencionado, sólo cuenta con 23 “estados miembros”.

Estos 23 “estados miembros” - Austria, Bélgica, Bulgaria, Dinamarca, Finlandia, Francia, Alemania, Grecia, Hungría, Israel, Italia, Países Bajos, Noruega, Polonia, Portugal, República Checa, Rumania, Eslovaquia, España, Serbia, Suecia, Suiza y Reino Unido - tienen el privilegio de contar con un representante en el Consejo del CERN, el cual participa en la toma de decisiones del centro de investigación, pero también tienen el deber de contribuir, conjuntamente, con un capital anual de unos mil millones de dólares para el funcionamiento de los programas del laboratorio. 

De acuerdo con información del CERN, existen otros países que participan en la categoría de “estados miembros asociados”: Croacia, India, Letonia, Lituania, Paquistán, Turquía y Ucrania. Asimismo, Chipre, Estonia y Eslovenia aparecen en este estatus, pero están en la etapa previa para convertirse en “estados miembros”. 

Como habrás notado, la mayoría de los “miembros” y “miembros asociados” son países europeos, pero hay una categoría llamada “observadores” en la que se encuentran Japón, Estados Unidos y dos organismos internacionales: La Unión Europea y la UNESCO. En su sitio web, el CERN informa que en marzo de 2022 el Consejo suspendió el estatus de “observador” para la Federación Rusa y para el Instituto Central de Investigaciones Nucleares de Dubná, ubicado en la capital rusa.

Si te interesa la física de partículas y vives en México tenemos buenas noticias. Nuestro país, junto con otras 50 naciones, forman parte de los “estados no miembros”, los cuales tienen un acuerdo de cooperación internacional con la Organización Europea para la Investigación Nuclear.

De acuerdo con datos del Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (Conacyt), en 1998 se estableció el “Acuerdo de Cooperación” entre México y el CERN, cuyo último refrendo, que ampliaba la colaboración por cinco años, se realizó en 2018.

La Ibero es la única institución privada en México con investigaciones en el CERN

En otra nota ampliaremos la explicación sobre el Gran Colisionador de Hadrones; sin embargo, es relevante mencionar que los haces de partículas del LHC colisionan en cuatro lugares alrededor del anillo acelerador, los cuales corresponden a las posiciones de cuatro detectores de partículas: ATLAS, CMS, ALICE y LHCb. Adicionalmente, hay otros detectores más pequeños que forman parte de este acelerador: TOTEM, LHCf, MoEDAL-MAPP, FASER y SND@LHC. 

Nuestra IBERO participa desde 2009 en proyectos relacionados con el detector CMS (Compact Muon Solenoid) del Gran Colisionador de Hadrones, el cual “utiliza un enorme imán de solenoide para doblar los caminos de las partículas de las colisiones en el LHC”, según explica el CERN en su sitio web. 

Datos de Conacyt, y de algunas investigadoras e investigadores que participan en estos proyectos, revelan que sólo nueve instituciones en México, y entre ellas la IBERO, que es la única privada, colaboran en cinco experimentos con el CERN:

1. CMS: Universidad Iberoamericana, Centro de Investigaciones y Estudios Avanzados del IPN (Cinvestav), Benemérita Universidad Autónoma de Puebla (BUAP) y Universidad de Sonora.

2. ALICE: Universidad Autónoma de Sinaloa, Instituto de Ciencias de la Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM), el Instituto de Física de la UNAM, BUAP, Cinvestav. 

3. SPS-NA62: Universidad Autónoma de San Luis Potosí, Universidad de Guanajuato. 

4. AMS: Instituto de Física de la UNAM.

5. CERN-BEAM: Cinvestav, Universidad de Guanajuato, Universidad Autónoma de Sinaloa. 

¿Cómo inició la participación de la Ibero en el experimento CMS?

Para conocer más sobre la participación del Departamento de Física y Matemáticas de la Universidad Iberoamericana en este proyecto, conversamos con la Dra. Cristina Oropeza Barrera, académica del Departamento de Física de nuestra universidad, quien estudia las propiedades del bosón de Higgs en el modo de producción tH y su papel en la búsqueda de nueva física usando datos del experimento CMS del CERN.

La Dra. Cristina, que cursó la licenciatura en Ingeniería Física en la IBERO, nos comparte que mientras era estudiante conoció al Dr. Salvador Carrillo Moreno (Q.E.P.D.) y a la Dra. Fabiola Vázquez Valencia, quienes despertaron en ella el interés por la física de partículas. En ese momento, realizaban experimentos con un laboratorio ubicado en Estados Unidos.  

“El Dr. Salvador, antes de colaborar con el CERN, trabajaba con otro laboratorio que está en Batavia, Illinois, cerca de Chicago, que se llama Fermilab (Fermi National Accelerator Laboratory), que es el laboratorio de partículas de esa zona de Estados Unidos. Cuando yo lo conocí, en mi época de estudiante, él era parte de esos experimentos”, nos comparte la Dra. Oropeza.

“En 2009, el Dr. Salvador junto con colegas del Centro de Investigación y de Estudios Avanzados del IPN (Cinvestav) y de la Benemérita Universidad Autónoma de Puebla (BUAP) son los que pasan de estos experimentos de Fermilab y entran al experimento CMS del LHC, que estaba en construcción (recordemos que entre 2008 y 2009 se realizaron pruebas y hasta 2010 el Gran Colisionador de Hadrones operó cotidianamente y a una mayor potencia)”, menciona la académica. 

La Dra. Cristina Oropeza viajó a Reino Unido a realizar sus estudios de Doctorado a la Universidad de Glasgow y volvió a la IBERO como académica en 2014, por lo cual, nos dice que de 2009 hasta el año de su regreso, el Dr. Salvador Carrillo y la Dra. Fabiola Vázquez continuaron su labor en el experimento CMS.

A partir de su retorno a la Universidad Iberoamericana, la Dra. Cristina también ha colaborado en este proyecto, que durante varios años se ha fortalecido y en el que a nivel nacional, como revelan los datos de Conacyt, sólo participan cuatro instituciones: La IBERO, la BUAP, la Universidad de Sonora y el Cinvestav.

La importancia del Dr. Carrillo en el experimento CERN

El Dr. Salvador Carrillo también impulsó la participación de la IBERO en el proyecto nacional de la “Frontera de la Física de Altas Energías en el CERN”, el cual fue aprobado por Conacyt y cuyos fondos (2021-2024) permitirán la compra de materiales para la construcción de detectores de muones que se podrían armar en nuestra universidad y posteriormente serían llevados a Suiza para ser instalados en el experimento CMS del Gran Colisionador de Hadrones (LHC).

Al respecto, el Dr. Mateo Ramírez García, encargado del Laboratorio de Detector de Muones de la Universidad Iberoamericana, menciona que esta participación “surge porque el Dr. Salvador vio la oportunidad de mejorar la contribución mexicana con el LHC, que se está preparando para producir una mayor cantidad de colisiones, lo cual implica un reto para todos los detectores que deben actualizarse para operar de forma óptima en estas nuevas condiciones”.

Con vistas a ello, el Dr. Salvador Carrillo se reunió con los investigadores de la BUAP y el Cinvestav, “para que entre todos participáramos en la construcción de los nuevos detectores RPC del sistema de muones de CMS”, explica el Dr. Mateo sobre cómo se logró consolidar el proyecto “Frontera de la Física de Altas Energías en el CERN”, aprobado por Conacyt en 2021.

Para hacer frente al reto de ensamblar piezas para el LHC, el Dr. Carrillo también gestionó desde 2017 la renovación del “Laboratorio de Física Moderna”, ubicado en el Edificio L, Planta Baja, de nuestro campus.

El Departamento de Física de la IBERO ganó el "Proyecto Interno de la Dirección de Investigación para Infraestructura 2018", con lo cual “el Laboratorio de Física Moderna, que se empleaba ocasionalmente para prácticas de apoyo en clase, se transformó en el Laboratorio de Detector de Muones, que ahora tiene la capacidad de desarrollar, construir y operar detectores como los usados en el experimento CMS”, nos dice el Dr. Mateo Ramírez García.

La partida del Dr. Carrillo y los nuevos retos de la IBERO en el experimento CMS

Tras ganar el proyecto de renovación del “Laboratorio de Detector de Muones” y la aprobación de Conacyt para avanzar en la construcción de detectores para el LHC, parecía un gran momento para el Departamento de Física de nuestra IBERO; sin embargo, en 2021 el Dr. Salvador Carrillo Moreno falleció. 

Su partida, en medio de la pandemia, representó un gran golpe para la comunidad científica de nuestra IBERO y del país, pues como hemos mencionado, hay muy pocas instituciones que en México trabajan en experimentos del CERN.

A nivel personal, el Dr. Carrillo era compañero de investigación y esposo de la Dra. Fabiola Vázquez, quien aún es académica de nuestra institución. Asimismo, el Dr. Salvador, que desde 2000 era profesor de tiempo completo en el Departamento de Física y Matemáticas de nuestra IBERO, fue un gran divulgador científico y una persona que marcó la carrera de cientos de alumnas y alumnos que se formaron en las aulas de nuestra universidad. 

La Dra. Cristina Oropeza, nos comparte que, aunado al dolor que dejó su partida, la renovación del Laboratorio de Detector de Muones se encontraba en proceso y el Dr. Salvador era el encargado de este proyecto; por lo cual, el Departamento de Física se enfrentó a varios retos.

El primero fue concluir la obra y el segundo, dada la especialización del Dr. Salvador Carrillo, encontrar a una persona que también estuviera involucrada en el experimento CMS y tuviera la experiencia necesaria para llevar el Laboratorio de Detector de Muones y darle seguimiento al proyecto “Frontera de la Física de Altas Energías en el CERN”, que durante los próximos años comenzará a ensamblar los detectores que se enviarán al LHC.

Tras varios meses, el Departamento de Física de nuestra IBERO concluyó la búsqueda del profesor investigador que llevaría el proyecto: el Dr. Mateo Ramírez García, quien durante años ha trabajado en el experimento CMS en el Cinvestav y quien participó en investigaciones conjuntas con el Dr. Salvador Carrillo en la Universidad Iberoamericana. 

El Laboratorio de Detector de Muones de nuestra universidad ya se encuentra operando y el Departamento de Física y Matemáticas sigue trabajando en su optimización, dado que en los próximos años comenzará el ensamble de detectores que se enviarán a Suiza, para ser colocados en el experimento CMS del LHC.

El Dr. Mateo Ramírez, menciona que actualmente el Departamento de Física trabaja para obtener la certificación de CMS y comenzar la construcción de los nuevos y mejorados iRPC, que se instalarán en el experimento CMS. De igual forma, el laboratorio desarrolla sus propios detectores para aplicaciones, más allá del proyecto con el CERN.

Como parte de la participación de nuestra IBERO en el laboratorio de física de partículas más grande del mundo, Dalia Lucero Ramírez Guadarrama, una de nuestras estudiantes del Doctorado en Ciencias de la Ingeniería, se encuentra realizando una estancia de año y medio en el CERN, en donde coordina la operación de toma de datos del experimento CMS.

¿Te interesa conocer más sobre el CERN y el LHC? El Departamento de Física y Matemáticas de nuestra IBERO ofrecerá una Masterclass sobre “física de partículas” y “los experimentos del Gran Colisionador de Hadrones”.

La convocatoria está abierta a estudiantes de preparatoria y licenciatura de cualquier institución y se llevará a cabo el próximo 10 de marzo, a partir de las 10:00 am, en el aula García Colín del Edificio L, Planta Baja. Aquí te compartimos el link de registro: https://forms.gle/vAYyhCBhWr6fghj98

Por: Laura Herrera Camarillo