Programas de investigación

La mecánica cuántica y la relatividad general son las dos grandes bases teóricas que explican los elementos fundamentales de la materia y, en definitiva, el Universo. Pero tienen un gran defecto, que aún no se ha podido resolver: resultan incompatibles entre sí. ¿Qué alternativas tenemos, entonces? La teoría de cuerdas es una de las propuestas que intenta construir un marco consistente para la gravedad cuántica, acercando herramientas útiles para caminar hacia una estructura cuántica del espacio-tiempo.

La cromodinámica cuántica (QCD) es la teoría que describe la fuerza nuclear fuerte, una de las cuatro interacciones fundamentales. Para conocerla mejor es preciso estudiar la QCD en condiciones de temperatura y densidad extremas, como las que existían microsegundos después del Big Bang.

El experimento Large Hadron Collider beauty (LHCb) del CERN se centra en investigar el porqué del predominio de la materia sobre la antimateria del universo a través del quark b (en inglés quark bottom, o beauty). Para esto, entre otros objetivos, se estudia la violación de la simetría CP (paridad de carga). En los últimos años, el experimento LHCb ha sido sometido a una completa actualización, con la que se espera obtener relevantes avances en los próximos años.

Desde comienzos del siglo XX se han hecho enormes hallazgos en el ámbito de la física. Pero muchos misterios siguen esperando a ser revelados. En astrofísica y cosmología, la materia oscura es una de las grandes incógnitas que perdura hoy en día. Escapa al Modelo Estándar, y se estima que corresponde con más del 80% de la materia que existe en todo el Universo. Sin embargo, solo podemos ‘verla’ a través de los efectos gravitatorios que provoca, ya que no emite ningún tipo de radiación electromagnética.

La primera detección experimental de las ondas gravitacionales, obtenida por la colaboración LIGO en el año 2015, es uno de los grandes hitos científicos del siglo XXI. Estas perturbaciones en el espacio-tiempo están causadas por algunos de los fenómenos cósmicos más violentos, como las fusiones de agujeros negros y estrellas de neutrones o las explosiones de supernovas.  De este modo, estos eventos contribuyen a validar la teoría de la relatividad general expuesta por Einstein en 1915.

Estamos recibiendo un continuo ‘bombardeo’ de rayos cósmicos, que impactan con nosotros a velocidades próximas a la de la luz. Aproximadamente, con una frecuencia de un rayo por segundo en una superficie como la de la palma de la mano. Afortunadamente, es una radiación inocua, pero resulta fascinante, pues procede de lugares muy alejados del universo.

El IGFAE fue uno de los impulsores de la construcción del Laboratorio Láser de Aceleración de Aplicaciones (L2A2), una infraestructura de investigación de la USC en la que se desarrollan nuevas tecnologías y aplicación de la aceleración láser-plasma. Dentro de este programa de investigación, el personal del Instituto está centrado en las aplicaciones médicas de esta técnica de aceleración de partículas.

El estudio de la estructura de los núcleos exóticos y, por tanto, inestables, requiere de sólidos programas experimentales que permitan recrear las condiciones necesarias para su observación. Es decir: provocar las reacciones nucleares que se precisan para su aparición.