El prototipo CODEX-beta del CERN toma sus primeros datos, con el objetivo de encontrar física más allá del Modelo Estándar

La colaboración CODEX-b del CERN ha conseguido, en un importante hito, registrar los primeros datos con el prototipo de su detector CODEX-beta, instalado en el Large Hadron Collider (LHC). Esto supone un paso clave para demostrar la capacidad de busca de esta nueva clase de detectores, centrados en la búsqueda de los denominados como “sectores oscuros”, partículas y campos además del Modelo Estándar que conocemos hasta ahora, y que son huidizos para los actuales sistemas de detección del LHC.

Estos sectores ocultos podrían dar respuesta a alguno de los grandes enigmas que persisten en la física, como la composición de la materia oscura, el origen de la asimetría materia antimateria del universo, o la naturalidad del vacío electrodébil.

CODEX b (acrónimo de COmpact Detector for EXotics at LHCb) fue propuesto en 2017 por una colaboración de cuatro científicos del Lawrence Berkeley National Laboratory, de la Universidad de Cincinnati y del LPNHE de París. Desde entonces, la colaboración ha crecido hasta más de 60 miembros en 20 instituciones de todo el mundo. Y Galicia, a través del IGFAE de la USC y de la Universidade da Coruña, cuenta con un papel relevante en esta colaboración.

Por parte del IGFAE, el equipo está liderazgo por Xabier Cid, coordinador de física del proyecto, y en él también participan Miguel Fernández Gómez, Alberto Martínez Armas, Pablo Menéndez-Valdés, Alejandro Novo Cuál, María Pereira Martínez, Emilio Xosé Rodríguez Fernández y Alejandro Rodríguez González. Las contribuciones por parte de la UDC también tuvieron un impacto crítico, con un equipo liderazgo por Carlos Vázquez Sierra, coordinador del desarrollo de software y coordinador adjunto de física del proyecto; y Titus Mombächer, coordinador técnico de CODEX-b.

En este sentido, la colaboración entre ambos grupos de la USC y UDC fue clave para cumplir con las fechas límite necesarias para la toma de datos antes de la finalización del Run 3, el último período de toma de datos del LHC, a finales de junio de 2026.

Mover el foco hacia las ‘partículas de vida larga’

El propósito de CODEX-b es poner el foco en las partículas de vida larga, que suelen situarse lejos de los puntos de colisión donde miran los detectores del LHC. La clave del experimento es un ambiente especial “activamente blindado y de fondo cero”, donde solo pueden aparecer estas partículas ocultas de vida larga antes de desintegrarse.

La colaboración trabaja actualmente con el prototipo CODEX beta, una versión a escala 1:5 de CODEX b, con un volumen aproximado de 2m³. Su propósito principal es tomar medidas críticas necesarias para diseñar el blindaje activo del detector de tamaño completo y optimizar el concepto del detector, que también se emplea en otros dispositivos propuestos para partículas de vida larga. CODEX beta, a pesar de su pequeño tamaño, también puede explorar algunos escenarios nuevos de nueva física.

Emilio X. Rodríguez, uno de los investigadores del IGFAE que participa en el proceso, expone: “La instalación del demostrador CODEX-beta es un hito sin precedentes, destacando la colaboración transversal de un amplio grupo de investigadores que, aun procediendo de diferentes contextos, se unen en la consecución de un objetivo común. Estamos delante de una oportunidad única para hacer física de forma diferente y, por que no, resolver un paradigma de la física actual como es la materia oscura”.

“Diseñar y construir este prototipo ha supuesto un tremendo esfuerzo de un pequeño grupo de físicos experimentales, teóricos e ingenieros, muchos de los cuáles han cedido su tiempo libre al proyecto”, destaca Philip Ilten, profesor en la Universidad de Cincinnati y portavoz del experimento. “Los datos de este prototipo serán esenciales para hacer realidad este tipo de concepto de detector, demostrando que realmente podemos buscar nueva física de este modo”.

De ser aprobado por el CERN, el experimento CODEX-b de tamaño completo, de unos 10 m³ de volumen, se instalará junto al detector LHCb, dentro de la caverna del punto de interacción 8 del LHC. El detector, que utilizaría una tecnología diseñada para el experimento ATLAS, podría explorar una gama muy amplia de escenarios de Nueva Física, que van desde partículas tipo axión o leptones neutros pesados, hasta partículas escalares ligeras que se acoplan al bosón de Higgs.

“Aunque las partículas de vida larga que CODEX-b buscará son bastante ligeras en masa comparadas con el bosón de Higgs, estar cerca de un punto de colisión del LHC permite al experimento explorar interacciones exóticas con el propio bosón de Higgs”, explica el investigador del IGFAE Xabier Cid. “Entender cómo interactúa el Higgs podría estar en el núcleo de muchos problemas abiertos en la física de partículas hoy, así que superar este hito es realmente emocionante para CODEX-beta”, resume.

“Ha sido una inmensa experiencia, y un gran logro, ser capaces de construir y poner en marcha el prototipo CODEX-*β. Su éxito demuestra el funcionamiento de un concepto completamente nuevo para buscar nueva física”, comenta el investigador de la UDC Titus Mombächer. Por su parte, Carlos Vázquez Sierra, investigador Ramón y Cajal en la UDC, dice: “La integración en el sistema de adquisición de datos del experimento LHCb, así como el desarrollo de un nuevo sistema de procesado y análisis, fue uno de los hitos más relevantes que contribuyeron al monumental éxito del proyecto”.