El IFIC contribuye al estudio en profundidad de una de las cuatro fuerzas fundamentales de la naturaleza

La interacción fuerte es la más intensa de las cuatro fuerzas que gobiernan las relaciones entre las partículas que forman todo lo que vemos en el Universo. Es la responsable de que protones y neutrones se mantengan unidos formando el núcleo atómico, lo que permite la existencia de la materia de la que estamos hechos. Para avanzar en su estudio, grupos de investigación de 36 países participan en el proyecto STRONG-2020, dentro del programa marco de investigación de la Comisión Europea, Horizonte 2020. El Instituto de Física Corpuscular (IFIC), centro mixto de la Universitat de València y e CSIC, participa en varias líneas de investigación del proyecto y coordina un grupo de trabajo dedicado a estudios detallados de determinados aspectos de la interacción entre hadrones.

En concreto, Juan Miguel Nieves Pamplona, investigador científico del CSIC en el IFIC, coordina un grupo de trabajo centrado en estudios sobre las propiedades de la interacción y estructura de hadrones (partículas subatómicas compuestas por quarks, los ‘ladrillos’ de la materia visible). Entre sus objetivos está el estudio de estados ‘exóticos’, como los pentaquarks observados en el experimento LHCb del CERN, para construir un esquema que los describa mejor que el modelo actual de quarks constituyentes. “Nuestra intención es estudiar distintas estructuras dentro de QCD, la teoría que describe la interacción fuerte, para, mediante teorías efectivas y simulaciones en el retículo, poder describir mejor el aluvión de estados exóticos que observamos en los experimentos”, explica Nieves.

Estos trabajos pretenden establecer un marco teórico para describir las interacciones entre hadrones en un régimen donde efectos no perturbativos de QCD resultan ser relevantes, según el investigador del IFIC. Además, son estudios básicos para determinar parámetros fundamentales en Física como la ‘violación CP’, las diferencias entre materia y antimateria en partículas afectadas por la interacción fuerte. Por otra parte, mucha de la física basada en otra interacción fundamental, la electrodébil, depende del conocimiento profundo de la fuerza fuerte, lo que afecta a fenómenos como las oscilaciones de los neutrinos o la posible violación de la universalidad leptónica, uno de los resultados recientes más interesantes que señala a la existencia de ‘nueva física’.

Los estudios teóricos y experimentales de la interacción fuerte, una de las bases del Modelo Estándar de Física de Partículas –teoría que describe las partículas elementales y sus interacciones– atraen a una gran comunidad de 2.500 investigadores en Europa. El proyecto STRONG-2020, una Actividad Integrada Europea para Comunidades Avanzadas de cuatro años recientemente aprobada por la Comisión Europea dentro del programa de Investigación e Innovación Horizonte 2020, es una acción estructurada para abordar las cuestiones abiertas en los estudios sobre interacción fuerte, desde el punto de vista experimental y teórico. Dotado con 10 millones de euros, STRONG-2020 comenzará a desarrollarse a mediados de 2019.

STRONG-2020, que cuenta con el apoyo de NuPECC (Comité para la Colaboración Europea en Física Nuclear), reúne a muchos de los grupos principales de investigación y laboratorios europeos en la vanguardia de la investigación sobre la interacción fuerte. Permite acceso transnacional a seis infraestructuras de investigación de primer nivel en Europa (COSY, MAMI, LNF-INFN, ELSA, GSI, CERN) cuyos haces de partículas se complementan, así como acceso virtual a códigos abiertos y herramientas automatizadas y de simulación. STRONG-2020 promueve las sinergias entre físicos teóricos y experimentales, apoyando las actividades que se realizan en el Centro Europeo de Estudios Teóricos en Física Nuclear y Áreas Relacionadas (ECT, Trento, Italia).

El Consorcio de STRONG-2020 incluye 44 instituciones participantes de 14 Estados de la Unión Europea, entre ellos España, una organización internacional (CERN) y un candidato a acceder a la UE (Montenegro). Por parte española, además del IFIC, participan el Instituto Galego de Física de Altas Enerxías (IGFAE) –instituto mixto de la Universidade de Santiago de Compostela y la Xunta de Galicia–y las universidades Complutense (UCM) y Autónoma de Madrid (UAM), Salamanca (USAL) y del País Vasco (UPV/EHU).

En total, junto con otras instituciones de 21 países que participan en las actividades, STRONG-2020 involucra a investigadores en 36 países. El proyecto se estructura en 32 áreas de trabajo comprendidas en varios temas: Coordinación y Gestión del Proyecto, Divulgación y Comunicación, 7 Actividades de Acceso Transnacional, 2 Actividades de Acceso Virtual, 7 Actividades de Redes y 14 Actividades de Investigación Conjuntas.

Los resultados de STRONG-2020 tendrán un importante impacto en el estudio de la interacción fuerte y el Modelo Estándar. El proyecto también contribuirá a la investigación fundamental en física más allá del Modelo Estándar, con repercusiones en otros campos como la astrofísica, teorías de sistemas complejos fuertemente acoplados y en estudios sobre materia condensada. Las herramientas y métodos que se emplearán en los experimentos de vanguardia  que se realizarán dentro de STRONG-2020 permitirán actualizaciones de infraestructuras de investigación europeas, mejorando así su competitividad. Las tecnologías que se desarrollen tendrán también impacto en medicina (herramientas de diagnóstico, tratamiento del cáncer) e industria (cámaras para escaneo, tecnología magnética 3D), y puede también producir avances en computación y machine learning.

Además, STRONG-2020 promoverá actividades de formación, incluyendo estudiantes de doctorado y postodocs. Esto permitirá el acceso de personal cualificado al mercado laboral, así como también la realización de actividades de divulgación.