El Instituto de Física Corpuscular (IFIC), centro mixto del CSIC y la Universitat de València, recibe a 4 de los 17 investigadores distinguidos en la primera edición del programa ‘GenT’ de la Consellería de Educación, Investigación, Cultura y Deportes de la Generalitat Valenciana. Se trata de personal investigador doctor de excelencia que desarrollará sus proyectos de investigación en el IFIC durante los próximos cuatro años. Los investigadores se han ido incorporando a lo largo de este año, y sus proyectos abarcan diversas líneas de investigación tanto experimentales como teóricas dentro del gran sueño de la física: descubrir ‘nueva física’ más allá del Modelo Estándar.

Desarrollar la nueva generación de detectores de partículas

Carlos Mariñas Pardo (A Coruña, 1979) regresa al IFIC con un contrato Investigador Distinguido (GenT). Hace 10 años realizó aquí su tesis en el desarrollo del detector de píxeles para el experimento Belle II del acelerador SuperKEKB, en Japón. Se trata de la mayor ‘fábrica’ del mundo de mesones B, un tipo de partícula compuesta por un quark y un antiquark b que podría contener la respuesta a por qué vivimos en un mundo de materia y no de antimateria.

En la última década Mariñas ha trabajado en la Universidad de Bonn en la construcción e instalación del detector, siendo coordinador adjunto de operaciones del experimento, que comenzó a funcionar en 2018 y donde participan más de 950 investigadores de 26 países. Ahora está a cargo de la organización de la parte técnica, ocupandose de la coordinación entre los diferentes subdetectores para asegurar una correcta toma de datos.

En su nueva etapa en el IFIC, Mariñas va a desarrollar la próxima generación de detectores de silicio de aplicación tanto para la modernización del detector de vértices del experimento Belle II como para futuras mejoras del detector ATLAS (CERN) o del futuro colisionador lineal internacional. Son los ‘detectores monolíticos con tecnología CMOS’, que integran sensor y electrónica de lectura en una misma capa de silicio logrando así detectores más rápidos y precisos. Carlos Mariñas está impulsando una colaboración internacional de I+D, donde el IFIC será una pieza central en el desarrollo de dicha tecnología.

El nuevo detector se prevé instalar en la próxima actualización del experimento Belle II, que espera sus primeros resultados relevantes en un par de años. Pero además de la investigación básica, Mariñas pretende establecer colaboraciones tanto dentro del IFIC como a nivel estatal para emplear dicha tecnología de detección no solamente en física de partículas si no también para campos como la física médica.

“Decidí volver al IFIC porque es un centro de referencia en el desarrollo de instrumentación para la física de partículas, además de tener gran experiencia en detectores de silicio”, asegura Carlos Mariñas.

Señalar el origen de los neutrinos para la astronomía multimensajero

Francisco Salesa Greus (Benifaió, 1980) vuelve al IFIC con un contrato Investigador Distinguido del programa GenT. Aquí realizó su tesis hace una década en ANTARES, un telescopio de neutrinos sumergido a más de dos mil metros en el Mediterráneo. Entonces trabajó en la calibración de los fotodetectores del experimento y en la búsqueda de fuentes que podrían originar los neutrinos. Estas partículas elementales no tienen carga eléctrica, por lo que viajan directamente desde el lugar donde se producen portando valiosa información. Sin embargo, es muy difícil identificar el lugar del que proceden utilizando sólo este tipo de telescopios, que observan una amplia zona del cielo.

Tras finalizar su tesis, Francisco Salesa cambió de experimento y de continente. Realizó estancias postdoctorales en las universidades estatales de Colorado y Pensilvania (EE.UU.) trabajando en Pierre Auger, un observatorio instalado en la Pampa argentina para detectar algunas de las partículas más energéticas que se conocen: los rayos cósmicos de ultra-alta energía. Los últimos cuatro años, Salesa se dedicó al estudio de los rayos gamma de origen cósmico en el observatorio HAWC (México) contratado por el Instituto de Física Nuclear (IFJ PAN) en Cracovia (Polonia).

Esta experiencia observando y analizando diversas partículas procedentes de fenómenos extremos en el universo servirá al investigador valenciano para aplicarla a KM3NeT, el mayor telescopio de neutrinos que se construye actualmente en varios lugares del Mediterráneo. Es lo que se conoce como ‘astronomía multimensajero’, una nueva forma de estudiar el cosmos utilizando varias fuentes de información, desde los tradicionales telescopios ópticos hasta los menos convencionales de rayos gamma, rayos cósmicos, neutrinos y ondas gravitacionales.

En el IFIC, Salesa desarrollará la búsqueda de fuentes de neutrinos de origen astrofísico dentro de la colaboración internacional de KM3NeT (250 científicos de 17 países), tanto en el sistema de detección en ‘online’ como en los datos recopilados por el experimento, comparándolas con las fuentes detectadas para rayos gamma y cósmicos. Hasta ahora, solo IceCube, ubicado en la Antártida, ha sido capaz de identificar una probable fuente de neutrinos de muy alta energía. KM3NeT complementará estas observaciones con su mayor resolución angular y mejor capacidad para observar el cielo del hemisferio Sur.

“En los próximos 2 o 3 años KM3NeT comenzará a jugar un papel importante en la física de neutrinos y en la astronomía multimensajero”, explica Francisco Salesa. “Es un campo donde hay mucho por descubrir y por ello decidí volver al IFIC, que lidera la participación española en KM3NeT”.

¿Cómo obtiene el neutrino su masa? ¿Por qué estamos hechos de materia y no de antimateria?

Jacobo López Pavón (Madrid, 1981) llega al IFIC con un contrato de Investigador Distinguido del programa GenT. Ha tenido mucha relación con el centro desde que realizó su tesis en el Instituto de Física Teórica (IFT) de Madrid estudiando los mecanismos de producción de la masa de los neutrinos. Tras realizar estancias postdoctorales en Reino Unido (IPPP-Durham), Italia (SISSA-Trieste, INFN-Génova) y el CERN como fellow, llega a Valencia para profundizar en física de neutrinos, donde el IFIC tiene varios grupos de investigación tanto teóricos como experimentales.

Su proyecto trata una cuestión fundamental: ¿cómo se origina la masa de los neutrinos? Hasta hace poco se pensaba que no tenían masa, y su descubrimiento supuso una de las primeras pruebas de la existencia de ‘nueva física’ más allá del Modelo Estándar. De hecho, las masas de los neutrinos son mucho más pequeñas que las del resto de partículas elementales conocidas, lo que sugiere la existencia de un mecánismo distinto al campo de Higgs capaz de explicar este hecho.

Jacobo López trabaja con modelos teóricos que explican el origen de la masa de los neutrinos contrastándolos con datos experimentales y analizando el potencial de futuros experimentos. El análisis conjunto de datos de provenientes de fuentes en principio muy diversas, desde observaciones cosmológicas hasta experimentos de oscilaciones de neutrinos como T2K o DUNE, pasando por aceleradores de partículas y experimentos de desintegración doble beta sin neutrinos como NEXT, donde el IFIC participa, puede dar la llave para descubrir cuál de estos modelos explicaría el origen de la masa de los neutrinos.

Esta línea de investigación puede dar pistas sobre otro de los enigmas de la ciencia actual: ¿por qué vivimos en un mundo de materia? En el origen del universo debieron crearse iguales cantidades de materia y antimateria, pero por alguna razón la naturaleza prefirió la materia para crear todo lo que vemos. López Pavón investiga las conexiones del origen de la masa de los neutrinos con la leptogénesis, un mecanismo capaz de responder a esta pregunta fundamental, así como con la formación de materia oscura.

“Trabajo con grupos de investigación del IFIC desde hace años, y quise venir porque es uno de los mejores centros del mundo para trabajar en física teórica de neutrinos”, señala Jacobo López. “Además, la propuesta del plan GenT de la Generalitat es muy buena para desarrollar mi carrera científica”.

Buscar 'nueva física' en los efectos cuánticos de las interacciones fundamentales

Martín González Alonso (Murcia, 1982) regresa al IFIC con un contrato de Investigador Distinguido del programa GenT. Aquí realizó su tesis en el estudio teórico de la interacción fuerte y la interacción débil, dos de las cuatro fuerzas fundamentales de la naturaleza descritas en el Modelo Estándar de Física de Partículas. En concreto, analizó el potencial de las desintegraciones de ciertas partículas (taus y kaones) para descubrir la ansiada 'nueva física' por medio de cálculos y medidas de precisión. Esta es la palabra clave de su principal línea de investigación: “precisión”.

Tras realizar estancias postdoctorales en la Universidad de Wisconsin-Madison, el Laboratorio Nacional de Frascati, el Instituto de Física Nuclear de Lyon y el CERN, vuelve al IFIC con el objetivo de buscar la ‘nueva física’ mediante medidas de precisión obtenidas en diversos experimentos. Esta es una de las formas de buscar nuevas partículas: encontrar discrepancias entre las medidas y las predicciones del Modelo Estándar que estarían causadas por estas nuevas partículas a través de ‘efectos cuánticos’. La otra es producir directamente la partícula y observar los productos de su desintegración, como ocurrió en el LHC con el bosón de Higgs.

Su proyecto se centra en experimentos a energías más bajas que las alcanzadas en el acelerador del CERN, por debajo de la llamada ‘escala electrodébil’, donde esa nueva física podría ser accesible con los medios actuales. Sus análisis son independientes de un modelo concreto, pretenden extraer el potencial de los datos existentes y determinar qué tipo de ‘nueva física’ podría ocultarse en ellos. Además, Martín González aplica también estos estudios de precisión a la física nuclear y a la física de neutrinos, donde el IFIC tiene grupos de investigación destacados.

Este enfoque para buscar nueva física es complementario al de aumentar la energía de los aceleradores para producir nuevas partículas, según la famosa ecuación de Einstein. “Son dos fronteras que hay que explorar, la de la precisión y la de la energía”, sostiene el investigador. En el contexto actual, donde la comunidad científica internacional debate cuál será el siguiente proyecto de acelerador para la próxima generación de físicos, los estudios de precisión revelan su importancia para completar el panorama de la física de partículas en los próximos años.

“Elegí volver al IFIC porque es uno de los mejores centros de investigación para analizar este tipo de medidas de precisión en física teórica. El ambicioso programa GenT de la Generalitat suponía una gran oportunidad para continuar mi investigación en un entorno competitivo y poder formar a investigadores más jóvenes”, destaca Martín González.

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