El CERN, la Estrategia Europea de Física de Partículas y su contexto internacional

10/06/2021

El descubrimiento del bosón de Higgs en el CERN, en el acelerador LHC (Large Hadron Collider), se anunció en el CERN el 4 de julio de 2012 y catapultó la física de partículas a la primera página de los medios de comunicación de todo el mundo. Era el feliz desenlace de la búsqueda de esta singular partícula, propuesta en 1964 por Robert Brout, François Englert y Peter Higgs. Un hito científico excepcional que ha exigido recursos humanos y materiales de una magnitud sin precedentes en la investigación básica, resultado de aunar brillantes desarrollos teóricos, enormes avances en la instrumentación y en instalaciones científicas (aceleradores y detectores) de extraordinaria complejidad, coste y dimensiones. Con este descubrimiento se cerraba un capítulo en la construcción del Modelo Estándar de partículas y al mismo tiempo se abría otro referente al estudio de las propiedades de la partícula recién observada. Esta esquiva partícula juega un papel central tanto para la comprensión del Modelo Estándar como para entender sus propias limitaciones. Recientemente, en 2020, se ha completado un nuevo ejercicio de la Estrategia Europea para Física de Partículas. El análisis preciso de las propiedades del bosón de Higgs y la interpretación de la física que encierra el bosón de Higgs se han postulado como la primera prioridad para la Física de Partículas en aceleradores para las próximas décadas junto con la permanente búsqueda de señales directas de nuevos fenómenos físicos. Para ello se ha establecido un plan de acción encaminado a explotar la fase de alta luminosidad del LHC y preparar las características del próximo acelerador que se ha identificado como un acelerador electrón-positrón focalizado en la producción masiva de bosones de Higgs. En esta jornada se introducirá brevemente el papel del CERN como laboratorio europeo de Física de Partículas, su trascendencia no solo en su contribución en ciencia básica sino también como foco tecnológico y de formación (Manuel Aguilar). A continuación, se repasará el proceso de discusión de la Estrategia Europea iniciado a finales de 2018 y sus conclusiones (Carlos Lacasta). Finalmente, se analizará el contexto internacional, los retos de un esfuerzo global y las distintas opciones que se barajan (Juan Fuster).

Manuel Aguilar

Licenciado en Ciencias Físicas por la Universidad Complutense de Madrid (1965). Doctor en Ciencias Físicas por la Universidad Complutense de Madrid (1969). Desde 1967 ha realizado estancias de larga duración en el Laboratorio Europeo de Física de Partículas (CERN, Ginebra, Suiza), el Laboratorio Nacional de Brookhaven (BNL, New York, EEUU) y el Collège de France (París, Francia) y numerosas estancias de corta y media duración en el CERN, el Laboratorio del Sincrotrón de Electrones Alemán (DESY, Hamburgo, Alemania), el Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT, Boston. EEUU), el Centro Espacial Kennedy (KSC, Cape Canaveral, EEUU) y el Centro Espacial Johnson (JSC, Houston, EEUU). Ha participado en experimentos de Física de Altas Energías con cámaras de burbujas en los aceleradores PS y SPS del CERN y AGS de BNL (1967-1990), en el detector L3 del LEP-CERN (1989-2000), y ha formado parte del equipo del CIEMAT que ha construido el detector CMS para el acelerador LHC del CERN, que entró en funcionamiento en 2009 y que en julio de 2012 anunció el descubrimiento del bosón de Higgs. Desde 1997, y hasta 2013, ha dirigido la participación del CIEMAT en el experimento AMS (Alpha Magnetic Spectrometer) para la Estación Espacial Internacional, que en abril de 2013 anunció el descubrimiento de un exceso de positrones cósmicos. Asociado a la JEN-CIEMAT desde 1965. En 1983 fue nombrado Jefe de la Unidad de Física de Partículas y en 1998 Director del Departamento de Fusión y Física de Partículas Elementales que, en 2004, pasó a denominarse Departamento de Investigación Básica. En octubre de 2012 cesó como Director de este Departamento para trasladarse al CERN como Guest Professor del Director General. Desde octubre de 2013 es Unpaid Scientific Associate del MIT. Premio Nacional de la Real Sociedad para investigadores noveles (1973). Becario de la Fundación Juan March (1977-1978). Premio Nacional de la Real Academia de Ciencias (1980). Medalla de la Real Sociedad (1981). Científico del Año de la revista CAMBIO 16 (1986). Premio C.E.O.E. a las Ciencias (1997). Ha publicado más de 700 artículos científicos en revistas especializadas y presentado numerosas comunicaciones en congresos nacionales e internacionales. Ha dado más de 200 conferencias y seminarios en centros de investigación y departamentos universitarios. Ha dirigido una docena de tesis doctorales y de licenciatura.

Carlos Lacasta

Profesor de Investigación del CSIC. Ha sido el secretario científico del Comité Europeo para Futuros Aceleradores (ECFA) y representante de España en su gabinete restringido hasta finales de 2020, cuando también finalizó su mandato como jefe del departamento de Física experimental del IFIC (Instituto de Física Corpuscular), el instituto de Física de Partículas más grande en España. Su disciplina de investigación es la Física de Partículas. Ha trabajado en los experimentos más relevantes del campo en las últimas décadas: DELPHI en LEP y ATLAS en el LHC, ambos en el Laboratorio Europeo de Física de Partículas (CERN), así como en Belle II en el SuperKEKB en KEK, el laboratorio análogo en Japón. Desde que empezó como estudiante de postgrado en el CERN en 1990, y después de haber contribuido a importantes análisis de física a la búsqueda de partículas neutras pesadas y de partículas súper-simétricas, sus intereses empezaron a derivar lentamente hacia el ámbito del diseño y construcción de detectores, especializándose en los sensores semiconductores que se emplean para determinar la trayectoria de las partículas. Ha participado en la construcción del detector de píxeles de Belle II, en el detector de trazas de ATLAS (60m2 de silicio) y en la colaboración que a día de hoy está construyendo el nuevo detector de trazas de 200 m2 de silicio que ATLAS empleará en la fase de alta luminosidad del LHC en el CERN. También inició las actividades de un grupo de investigación en el IFIC especializado en el desarrollo de detectores de imagen para diagnóstico en física nuclear y para la monitorización en tiempo real de la terapia oncológica con hadrones. Así mismo, creó en 2011 una empresa de base tecnológica (Alibava Systems) que fabrica sistemas de adquisición de datos para detectores semiconductores.

Juan Fuster

Profesor de Investigación del CSIC desde 2002. Actualmente ha sido designado delegado institucional del CSIC en la Comunidad Valenciana. Realizó su doctorado en el laboratorio DESY (Hamburgo) en 1987 y posteriormente trabajó en el CERN (Ginebra) hasta 1996. Ha participado en el experimento DELPHI con responsabilidades importantes en el sistema de “trigger”, el detector de tiempo de vuelo, operación de DELPHI y análisis de datos (coordinador QCD y física). De vuelta en el IFIC lideró el grupo que participó en la construcción del detector de trazas semiconductor de ATLAS. En 2005 empezó a colaborar en los estudios de diseño de un futuro anillo de colisiones lineal e+e- desempeñando relevantes tareas de coordinación en las colaboraciones para el desarrollo de un acelerador lineal, el International Linear Collider (ILC). Su foco actual de investigación se centra en física del quark top tanto en ATLAS-LHC como en los estudios para futuros aceleradores. Fue director del Instituto de Física Corpuscular (IFIC, 2004-2007). Ha sido gestor del Plan Nacional de Física de Partículas (2007-2010); coordinador del área de Física y Tecnologías Físicas del CSIC (2010-2012); presidente de la Comisión de Partículas y Campos de la IUPAP (2014-2017) y organizó la ICHEP 2014 en Valencia. Participa y ha participado en comités científicos internacionales de alto prestigio (DESY, CERN, IFAE, IBS-Corea) y para el desarrollo de la futura factoría de Higgs (“ECFA-Higgs Factory” e “International Development Team” del ILC). Recibió el Premio Humboldt de Investigación en 2018.

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