Investigación española refuerza el cerco sobre nueva física: 150 modelos rechazados

Todo lo que podemos imaginar, desde el cuerpo humano hasta las estrellas, los océanos o los planetas, está formado por varias partículas elementales que interactúan entre sí a través de las cuatro fuerzas fundamentales. La física ha desarrollado una teoría que describe todas las partículas elementales y todas estas interacciones. Esto es lo que llamamos Modelo Estándar e intenta describir cómo se organizan una pequeña cantidad de ingredientes para estructurar todo lo que nos rodea.

El modelo explica muy bien prácticamente todos los fenómenos observados en el universo, pero quedan preguntas sin respuesta, lagunas, agujeros negros. Por eso decimos que el Modelo Estándar es una teoría incompleta.

Los científicos de todo el mundo están buscando señales de cómo podría ser la “nueva física”.

Cómo buscamos respuestas

Numerosos experimentos buscan nuevas partículas que puedan proporcionar soluciones a problemas abiertos. Algunos de estos experimentos se realizan 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. Llena uno de los vacíos del modelo. El descubrimiento se realizó gracias a una colaboración entre ATLAS y CMS, dos de los cuatro principales experimentos del CERN, que están analizando grandes cantidades de datos del LHC siguiendo pistas que señalan el camino a seguir en la búsqueda de nueva física.

Interacción poderosa como puerta a lo desconocido

Hay cuatro interacciones fundamentales en la naturaleza: 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 dice qué tan intensa es la interacción.

La fuerza más fuerte es la interacción fuerte. Es responsable de mantener unidos los quarks, un tipo de partícula fundamental, contenida dentro de protones y neutrones.

La teoría que describe la interacción fuerte se llama cromodinámica cuántica (QCD). Y el parámetro que cuantifica la intensidad de la fuerza es la constante de acoplamiento fuerte αₛ. Es interesante que el valor de αₛ varía dependiendo de la energía a la que se mide, lo cual es crucial en los estudios modernos de física de partículas.

Grandes experimentos

Los experimentos ATLAS y CMS son capaces de realizar mediciones muy precisas de variables que dependen directamente del valor de la constante de acoplamiento fuerte. Si se detecta una desviación de la medición respecto de la predicción del Modelo Estándar, podríamos estar ante una señal indirecta de la existencia de una nueva partícula que no se conoce hasta la fecha.

En el pasado, todas las observaciones realizadas en el LHC coincidían con la teoría. Sin embargo, a medida que los detectores y los aceleradores mejoran, la energía alcanzada en los aceleradores aumenta, abriendo la puerta a áreas de la física que antes eran inaccesibles.

En el LHC se alcanzan energías sin precedentes del orden de 13 teraelectronvoltios, por lo que vale la pena preguntarse si el modelo estándar todavía funciona cuando se pone a prueba en este régimen energético.

¿Cómo funcionaría la nueva partícula? ¿Cuál sería su masa?

Muchos físicos teóricos han intentado 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. Otros apuestan por la existencia de nuevos tipos de partículas sensibles a la interacción fuerte.

La idea detrás de estos modelos es simple: si estas partículas son lo suficientemente masivas, o si obedecen ciertas reglas matemáticas en el contexto de la cromodinámica cuántica, podrían haber pasado desapercibidas hasta ahora. Sin embargo, a medida que avanzamos hacia energías superiores, podemos comenzar a detectar signos de su existencia.

Un resultado que excluye a más de 150 modelos

En enero de 2026, analizamos datos del experimento ATLAS para imponer restricciones a nuevos modelos de física que introducen partículas que interactúan a través de la fuerza fuerte. Al comparar las mediciones de ATLAS de cantidades que dependen directamente de la constante de acoplamiento fuerte con las predicciones teóricas de 400 extensiones del modelo estándar, pudimos descartar más de 150 modelos teóricos.

Para llegar a este resultado, sólo hacemos suposiciones específicas sobre los modelos, más allá de la masa de la nueva partícula y la cantidad relacionada con la transformación de la partícula en la teoría de grupos. Entre otros modelos, el estudio descarta la existencia de un cuarto quark con una masa inferior a 1.700 GeV (unas diez veces la masa del quark más pesado conocido, el top quark).

Limitando el campo de la nueva física.

En este punto no sabemos qué forma tomará la nueva física. Pero este tipo de estudio nos permite acotar el campo, porque nos dice qué condiciones no pueden cumplirse en ningún modelo que se proponga como “definitivo”.

Mientras tanto, la ciencia sigue avanzando, los experimentos siguen mejorando y, poco a poco, el abanico de teorías posibles se estrecha, acercándonos a una comprensión más completa de nuestro universo.