Source: The Conversation – (in Spanish) – By Javier Llorente Merino, Investigador en Física de Partículas, Centro de Investigaciones Energéticas, Medioambientales y Tecnológicas (CIEMAT)
Todo lo que podemos imaginar, desde el cuerpo humano hasta las estrellas, los océanos o los planetas, está formado por unas pocas partículas elementales que interactúan entre sí a través de cuatro fuerzas fundamentales. La física ha desarrollado una teoría que describe todas las partículas elementales y todas esas interacciones. Es lo que llamamos Modelo Estándar, y trata de describir cómo se organiza un pequeño puñado de ingredientes para estructurar todo lo que nos rodea.
El modelo explica muy bien prácticamente todos los fenómenos observados en el universo, pero hay preguntas sin respuesta, lagunas, agujeros negros. Por eso decimos que el Modelo Estándar es una teoría incompleta.
Científicos de todo el mundo buscamos señales de lo que sería una “nueva física”.
Cómo buscamos respuestas
Numerosos experimentos buscan nuevas partículas que puedan dar una solución a los problemas abiertos. Algunos de esos experimentos se llevan a cabo en el Gran Colisionador de Hadrones (LHC), el mayor acelerador de partículas jamás construido.
Situado en el CERN, fue en su interior donde se descubrió la última partícula incorporada al Modelo Estándar, el bosón de Higgs. Con él se rellenó una de las lagunas del modelo. El hallazgo se hizo gracias a la colaboración entre ATLAS y CMS, dos de los cuatro grandes experimentos del CERN, que analizan enormes cantidades de datos del LHC siguiendo pistas que indican el camino a seguir en la búsqueda de la nueva física.
La interacción fuerte como puerta hacia lo desconocido
En la naturaleza existen cuatro interacciones fundamentales: la interacción fuerte, la interacción débil, la fuerza electromagnética y la gravedad. Cada una de estas fuerzas puede describirse mediante un marco teórico en el que se introduce un parámetro que nos indica cómo de intensa es la interacción.
La fuerza más intensa es la interacción fuerte. Se encarga de mantener unidos entre sí a los quarks, un tipo de partícula fundamental, contenida en el interior de los protones y los neutrones.
La teoría que describe la interacción fuerte recibe el nombre la Cromodinámica Cuántica (QCD). Y el parámetro que cuantifica la intensidad de la fuerza es la constante de acoplo fuerte αₛ. Curiosamente, el valor de αₛ varía en función de la energía a la que se mide, lo que es clave en los estudios modernos de física de partículas.
Los grandes experimentos
Los experimentos ATLAS y CMS son capaces de realizar medidas de gran precisión de variables que dependen directamente del valor de la constante de acoplo fuerte. Si se detectase una desviación de la medida con respecto a la predicción del Modelo Estándar, podríamos estar ante una señal indirecta de la existencia de una nueva partícula no conocida hasta la fecha.
En el pasado, todas las observaciones realizadas en el LHC encajaban con la teoría. Sin embargo, a medida que los detectores y aceleradores se perfeccionan, la energía que se alcanza en los aceleradores crece, abriendo la puerta a regiones de la física antes inaccesibles.
En el LHC se alcanzan energías sin precedentes, del orden de 13 teraelectronvoltios, de modo que merece la pena preguntarse si el Modelo Estándar sigue funcionando cuando lo ponemos a prueba en este régimen energético.
¿Cómo interaccionaría la nueva partícula? ¿Cuál sería su masa?
Muchos físicos teóricos han tratado de definir, a través de la Cromodinámica Cuántica, extensiones del Modelo Estándar que introducen nuevas partículas. Algunas teorías sugieren la existencia de quarks adicionales mucho más masivos que los ya conocidos. Otras apuestan por la existencia de nuevos tipos de partículas sensibles a la interacción fuerte.
La idea que respalda estos modelos es sencilla: si estas partículas son los suficientemente masivas, u obedecen a ciertas reglas matemáticas en el contexto de la Cromodinámica Cuántica, podrían haber pasado desapercibidas hasta ahora. Sin embargo, al movernos a energías más altas, podríamos empezar a detectar señales de su existencia.
Un resultado que descarta más de 150 modelos
En enero de 2026 analizamos datos del experimento de ATLAS para poner límites a modelos de nueva física en los que se introducen partículas que interaccionan a través de la fuerza fuerte. Comparando las medidas realizadas en ATLAS de cantidades que dependen directamente de la constante de acoplo fuerte con las predicciones teóricas de 400 extensiones del Modelo Estándar, conseguimos excluir más de 150 modelos teóricos.
Para llegar a este resultado no realizamos apenas suposiciones específicas sobre los modelos, más allá de la masa de la nueva partícula y una cantidad relacionada con la transformación de la partícula en teoría de grupos. Entre otros modelos, en el estudio se descarta la existencia de un cuarto quark con masa inferior a 1700 GeV (unas diez veces mayor que la masa del quark más pesado conocido, el quark top).
Acotando el terreno de nueva física
Por el momento no sabemos qué forma tiene la nueva física. Pero este tipo de estudios nos permite acotar el terreno, porque nos indica qué condiciones no pueden cumplirse en cualquier modelo que se proponga como “el definitivo”.
Entretanto, la ciencia sigue avanzando, los experimentos continúan mejorando y, poco a poco, se estrecha el abanico de teorías posibles, acercándonos a una comprensión más completa de nuestro universo.
Javier Llorente Merino recibe fondos de la Comunidad Autónoma de Madrid
Eva Sánchez Berenguer recibe fondos de la Comunidad Autónoma de Madrid
– ref. Una investigación española estrecha el cerco a la nueva física: 150 modelos descartados – https://theconversation.com/una-investigacion-espanola-estrecha-el-cerco-a-la-nueva-fisica-150-modelos-descartados-277417