Departamento de Física de Altas Energías
Jefe del Departamento: Dr. José David Vergara Oliver
no_spam@nucliades.unam.xmgara
Secretaria
Trinidad Ramírez Trejo
no_spam@nucliades.unam.xmri
Ext. 4690
Tel: +(52) (55) 5622 4690
Fax: +(52) (55) 5622 4693

Descripción del Departamento

El Departamento de Física de Altas Energías del Instituto de Ciencias Nucleares de la UNAM cuenta con 14 investigadores que realizan investigación teórica y experimental de frontera, contribuyendo a la búsqueda para identificar y examinar las propiedades de los constituyentes básicos de nuestro Universo. El conocimiento actual sobre este tema se resume en 2 grandes estructuras teóricas, el Modelo Estándar de Partículas y el Modelo Estándar Cosmológico, que fueron construidos y han sido verificados (con distintos grados de precisión) gracias a una estrecha y muy fructífera interacción entre físicos teóricos y experimentales.

El Departamento participa activamente en varias colaboraciones experimentales multinacionales de alta relevancia, contribuyendo al desarrollo de detectores, la infraestructura de cómputo y el análisis de datos. ALICE (A Large Ion Collider Experiment), uno de los 4 experimentos más importantes del Gran Colisionador de Hadrones (LHC), ubicado en el laboratorio CERN, en Ginebra, Suiza, analiza colisiones entre núcleos pesados, entre núcleos y protones, y entre protones. Su objetivo es entender las propiedades del llamado plasma de quarks y gluones, un estado de la materia a temperaturas de billones de grados, que existió algunos microsegundos después del Big Bang, y que nos revela aspectos importantes de la fuerza fuerte, la fuerza más intensa de la naturaleza. El Observatorio Pierre Auger es actualmente el detector de rayos cósmicos más grande del mundo y cubre un área de 3000 kilómetros cuadrados cerca de Malargüe, Argentina. Su función es ayudar a determinar el origen de las partículas más energéticas del universo, los llamados rayos cósmicos ultra-energéticos, que alcanzan energías decenas de millones de veces más altas que en el LHC.

El observatorio JEM-EUSO, actualmente en desarrollo, tiene la misma función, pero será montado en la Estación Espacial Internacional (ISS) para detectar rayos cósmicos en un área de la atmósfera terrestre alrededor de 100 veces mayor que la del Observatorio Pierre Auger. También se trabaja en prototipos de este observatorio como el EUSO-Balloon, en colaboración con CNES, Mini-EUSO en colaboración con ROSCOSMOS y ASI, y K-EUSO en colaboración con JAXA y ROSCOSMOS.

El observatorio HAWC (High Altitude Water Cherenkov), instalado a 4100 metros de altura sobre el volcán Sierra Negra, en México (a un costado del Pico de Orizaba), tiene como misión principal detectar rayos gamma de altas energías, que llueven sobre la Tierra desde los entornos más violentos conocidos en el Universo: explosiones de supernovas, núcleos activos de galaxias, y ráfagas de rayos gamma. Puede también ayudar en la búsqueda de señales de física más allá del Modelo Estándar de Partículas, como por ejemplo, posibles correcciones a la relación descubierta por Einstein entre el espacio y el tiempo.

El experimento MiniBooNE en el laboratorio Fermilab, en las afueras de Chicago, EUA, y el experimento CONNIE, en Angra, Brasil, exploran las propiedades de los neutrinos, partículas escurridizas que participan de forma prominente en procesos como los que dan lugar al brillo de las estrellas y las explosiones de supernova, pero interactúan tan débilmente con el resto de la materia que, cada segundo, billones de ellos atraviesan la Tierra sin verse afectados en lo más mínimo. El experimento DAMIC, en el laboratorio SNOLAB, en Canadá, tiene como meta la detección directa de las aún más escurridizas y hasta ahora hipotéticas partículas que conformarían la llamada materia oscura, cuya existencia se conoce solo por su influjo gravitacional, y resulta ser cinco veces más abundante en el Universo que la materia ordinaria, que conforma a personas, planetas y estrellas.

En el rubro de teoría, se llevan a cabo estudios fenomenológicos en las áreas de Astropartículas (incluyendo neutrinos, rayos cósmicos y ráfagas de rayos gamma) y Materia en Condiciones Extremas (incluyendo las propiedades de la materia hadrónica a altas temperaturas y densidades y en presencia de campos magnéticos, condiciones presentes en las colisiones de núcleos pesados a altas energías donde se forma el plasma de quarks y gluones, así como en la evolución del universo temprano). Se analiza también el propio lenguaje de la Teoría Cuántica de Campos (en el cual está escrito el Modelo Estándar de Partículas), incluyendo herramientas prácticas como teorías efectivas y métodos Hamiltonianos o Lagrangianos de cuantización, y aspectos más cercanos a la Física Matemática, como dualidades, no conmutatividad y teoría de la información. Se exploran además dos temas relacionados con la búsqueda de una descripción microscópica de la gravedad, que requiere amalgamar las nociones de la física cuántica con las de la Relatividad General (la cual constituye el sustrato del Modelo Estándar Cosmológico). El primero de ellos es la Fenomenología de la Gravedad Cuántica, que busca consecuencias potencialmente observables de una posible granularidad intrínseca del espacio-tiempo. El segundo es la Correspondencia Holográfica, un muy sorprendente enunciado de equivalencia entre teorías con y sin gravedad, que constituye el fruto más importante hasta ahora de la Teoría de Cuerdas y que, además de darnos pistas valiosas sobre la gravedad cuántica, se ha consolidado ya como una herramienta extremadamente útil para describir situaciones donde las partículas experimentan fuerzas muy intensas (mismas que resultan inaccesibles con los métodos tradicionales).

Las actividades de ciencia básica desplegadas en el Departamento de Física de Altas Energías producen, como beneficio colateral, una importante derrama tecnológica en las áreas de electrónica, cómputo, redes y tecnología espacial. Ejemplos en este sentido son la plataforma suborbital Pixqui desarrollada en colaboración con la NASA, la infraestructura de cómputo y centro de datos para el observatorio HAWC, y la colaboración con la Dirección General de Cómputo y de Tecnologías de Información y Comunicación (DGTIC) de la UNAM para la instalación de un nodo nivel 2 (Tier 2) para el experimento ALICE, integrada a la Red Mundial (Grid) de Supercómputo asociada al LHC en CERN.