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“Mi trabajo es ir más allá de la física conocida": Jens Erler

Aleida Rueda
16/ene/2019

Con 16 años viviendo y trabajando en México, el físico alemán Jens Erler, investigador del departamento de Física Teórica del Instituto de Física, recibió recientemente la Medalla de Honor que otorga la División de Partículas y Campos de la Sociedad Mexicana de Física. En esta entrevista, platica lo que significa para él dicho reconocimiento además de sus principales investigaciones y sobre lo que hará este 2019 como parte de una estancia académica en Mainz, Alemania.

Aleida Rueda: ¿Te importan este tipo de premios?

Jens Erler: A mí me importan mucho, porque ya trabajé aquí en México 16 años y tengo muchos amigos en este campo. El que me otorguen este tipo de reconocimientos, para mí significa el mundo, es muy importante.

AR: Ya son 16 años en México. ¿Desde que llegaste consideras que ha evolucionado de manera positiva el campo de la física de partículas? ¿Ves mayor interés y participación del talento mexicano en este tipo de campos del conocimiento?

JE: Sí, yo creo que sí. Especialmente en la generación joven. Muchos de los que vinieron después de mí tienen un contexto más internacional, tienen más contactos internacionales, y por eso el nivel de discurso académico ha subido bastante en comparación con lo que yo vi a mi llegada al país. Esto claramente va a ayudar al desarrollo de la física teórica de partículas en México en el futuro.


Jens Erler recibiendo su medalla de honor.

Las increíbles predicciones teóricas de Jens

AR: Háblame de tu trabajo académico. ¿Qué tipo de preguntas guían tu investigación?

JE: Bueno, en nuestro campo hay un modelo estándar de partículas, una teoría que ya se ha verificado muchas veces. Lo que guía mi investigación es ir más allá de ese modelo y ver si hay señales en los datos más allá de la física que conocemos hoy. Por ejemplo, en 2012 se descubrió una partícula nueva, la partícula del Higgs, pero antes de este descubrimiento ya había muchos datos que nos permitieron, por ejemplo, predecir su masa.

AR: Sí, justamente tú predijiste que era de 125 gigaelectronvolts, antes de que se anunciara su detección.

JE: Sí, exacto, y ahora tratamos de hacer lo mismo para física todavía no conocida, es decir, otras partículas que todavía no descubrimos.

AR: ¿Y también con ellas buscas predecir su masa u otras cosas?

JE: En el caso de Higgs era muy específico y por eso era posible predecir su masa. Ahora no sabemos cuál sería esta partícula o este conjunto de partículas más allá del Modelo Estándar. Por eso, nos guiamos por distintos modelos que hacen otros físicos teóricos. Y nuestro trabajo es compararlos para predecir qué tan cerca están de que exista o no dicha partícula.

El papel de Rodolfo Ferro en la reducción de incertidumbre

AR: Además de predecir la masa del Higgs, también calculaste la carga débil del protón antes de ser medida en el Jefferson Lab y revisaste un cálculo de la masa de los quarks pesados y de las constantes de acoplamiento fuerte. De todo tu trabajo ¿qué te parece que ha sido lo más significativo que has aportado al campo de la física de partículas?

JE: Yo creo que son dos artículos sobre el cálculo del ángulo de mezcla débil a bajas energías. El primero se publicó en 2005 y en 2018 publicamos un segundo artículo. Es una actualización con mucha más precisión, que hice con un brillante estudiante de doctorado del Instituto de Física, Rodolfo Ferro Hernández.

AR: ¿Qué es el cálculo del ángulo de mezcla débil a bajas energías?

Rodolfo Ferro: Un resultado muy interesante de la teoría cuántica de campos es que las constantes que miden la interacción entre partículas no son en realidad constantes y dependen de la energía a la que interactúan. Es decir, si dos electrones colisionan a cierta energía la atracción que "sienten" es diferente que si colisionan a otra energía. La forma en la que cambia la interacción puede ser calculada de forma teórica. En el Modelo Estándar existen 3 constantes de acoplamiento, la constante de acoplamiento de QCD (cromodinámica cuántica), la constante de acoplamiento de SU(2) y la constante de acoplamiento del grupo U(1) (hipercarga). Las constantes de acoplamiento de SU(2)y U(1) se combinan para formar dos constantes más intuitivas físicamente: la carga eléctrica y el ángulo de mezcla débil. Nosotros calculamos cómo depende de la energía el ángulo de mezcla débil, en particular tomamos el valor del ángulo de mezcla medido por aceleradores a altas energías y lo "corrimos" a energía cero.

AR: Entonces, ¿qué es lo que aporta este artículo de 2018 a diferencia de lo que publicaron en 2005?

Jens Erler: Hay dos cosas en este tipo de cálculo: efectos relativamente grandes que hay que resumir para todos los órdenes en el cálculo. Esa es una parte, pero la parte que introduce la incertidumbre más crítica son las partes hadrónicas, y es en la cual llegamos a reducir la incertidumbre por un factor de tres en comparación con el trabajo anterior. También tenemos un orden más en la teoría pertubativa de este cálculo y combinamos datos experimentales para éste.

AR: ¿Cómo lo lograron?

RF: Combinamos resultados de diversas fuentes, entre ellas resultados de lattice QCD, datos experimentales de colisiones electrón-positrón, y nuevos cálculos perturbativos del corrimiento de la constante de estructura fina (carga eléctrica).

JE: Rodolfo tomó los cálculos de simulaciones de muchos aceleradores. Aunque estos cálculos estaban hechos para otra cosa, Rodolfo los tomó y los aplicó a nuestro problema, esta parte fue su idea y estuve muy feliz de que se le ocurriera hacerlo.

AR: Ahora, ¿por qué importa reducir su incertidumbre?

RF: En el futuro se planean realizar varios experimentos que van a medir este ángulo a bajas energías. Si el valor del ángulo de mezcla predicho difiere del medido, podría haber física más allá del Modelo Estándar involucrada. Entonces reducir la incertidumbre es importante porque facilita la comparación entre teoría y experimento, y por ende también facilita la posibilidad de encontrar nueva física.

La emoción por el futuro experimental

AR: En una entrevista que te hicieron hace unos años, decías que ibas a hacer una gran fiesta cuando el CERN descubriera algo espectacular como la supersimetría o las dimensiones extra. ¿Sigues pensado lo mismo o ya hay algo más que te haga hacer un festejo más pronto?

JE: Todavía no se descubre la supersimetría o dimensiones extras…

AR: Y ahí decías que se podían descubrir entre el 2009 y 2010, no ha pasado…

JE: No va a pasar. No.

AR: ¿Por qué no va a pasar?

JE: Bueno, es la naturaleza, ese es el punto de investigación. Si lo hubiéramos sabido antes, no habría sido interesante. Nosotros nada más tenemos ideas, modelos, teorías y después hay que ir al experimento y checar. En 2010 no se había descubierto y es mucho menos probable que ahora lo encuentre el LHC, pero hay un chance todavía.

AR: Si se sabe más con este tipo de experimentos, ¿por qué es menos probable que el LHC lo logre descubrir ahora?

JE: Porque, como tú dices, en el 2009-2010 eran muchos datos nuevos de un acelerador, era la frontera de energía. Ahora ya estamos en esa frontera de energía, ya estamos en 13 giga-electronvolts y vamos a subir a 14. Pero no puede haber un mayor incremento de energía, nada más hay un incremento en el número de datos. Esto [la cantidad de datos] va a aumentar en un factor de 30. Pero ya tenemos datos en esta fuente de energía y no hemos encontrado nada, así que por eso creo es menos probable, al menos con este experimento.

AR: Y entonces, si descartamos a la supersimetría y las dimensiones extras, ¿qué es lo que te haría preparar un próximo festejo?

JE: Bueno, una cosa que ya sabemos es que existe la materia obscura pero nada más tenemos evidencia indirecta, ahora hay que producir algo en el laboratorio y ya hay varias maneras de buscarla. Muchos colegas la están buscando en muchísimos lugares porque no sabemos su naturaleza. Ameritaría un buen festejo el que por fin entendiéramos qué es la materia obscura.

AR: Y en términos teóricos, ¿necesitamos más modelos?

JE: Yo creo que ya hay una saturación de modelos, ahora necesitamos información experimental porque estamos confundidos, hay muchas direcciones. En la física, a veces es la teoría la que va más adelante del experimento; en este momento, podemos decir que la teoría ya está muy avanzada y no podemos avanzar más sin la información experimental.

AR: Pero no se pueden hacer experimentos para comprobar todos los modelos teóricos que existen actualmente, ¿o sí?

JE: Depende de la tecnología y el dinero. Hay que fijarnos en los tipos de experimentos que son más realistas y más manejables.

AR: Cuéntame… ¿qué vas a hacer ahora este año que te vas a Alemania?

JE: Tenemos un proyecto internacional. En la ciudad alemana de Mainz están construyendo un acelerador de energía mediana como de 150 megaelectronvolts, pero con un haz de electrones polarizado y muy limpio. Con este haz se puede medir la asimetría de interacciones entre electrones y protones. Yo estoy involucrado en la parte teórica del acelerador. Y me toca definir si es posible interpretar los datos. Si los datos no son limpios o la teoría no es limpia, no vale la pena hacer el experimento y hay que ver con qué tanta precisión podemos entender los datos. Ese es mi trabajo.


Jens Erler. Foto: Aleida Rueda

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Leer artículo de Erler y Ferro, publicado en 2018:

Weak mixing angle in the Thomson limit

Video de Rodolfo Ferro:

Neutrino oscillations and new physics