La Física Teórica de Altas Energías busca comprender las leyes fundamentales que gobiernan la materia, la energía y las interacciones del universo. Mediante modelos matemáticos y herramientas computacionales avanzadas, los investigadores de SAPHIR exploran desde las partículas del Modelo Estándar hasta posibles nuevas formas de materia y física más allá de lo conocido, abordando preguntas clave como el origen de la masa, la naturaleza de la materia oscura, las propiedades de los neutrinos y la existencia de nuevas partículas e interacciones. Los resultados de estos estudios guían directamente el diseño y análisis de experimentos internacionales en el CERN y otros laboratorios de frontera.
La Física de Partículas moderna depende de sistemas computacionales avanzados capaces de procesar enormes volúmenes de datos generados por experimentos de gran escala. En esta línea, SAPHIR desarrolla soluciones en arquitectura computacional, software científico, sistemas distribuidos, inteligencia artificial y gestión de datos, al mismo tiempo que participa en redes internacionales de computación científica y promueve el desarrollo de infraestructura local para análisis de datos, simulaciones y procesamiento distribuido, contribuyendo así a la formación de especialistas en áreas estratégicas para la investigación y la innovación tecnológica.
El desarrollo de instrumentación científica avanzada constituye uno de los pilares fundamentales de SAPHIR. Esta línea se enfoca en el diseño, construcción, integración y validación de detectores capaces de registrar partículas subatómicas en aceleradores y fenómenos naturales de alta energía. Los equipos del instituto participan activamente en proyectos internacionales como ATLAS, NA64, SND@LHC y SHiP en el CERN, contribuyendo con sistemas electrónicos, monitoreo, criogenia, mecánica de precisión, sensores y estructuras especializadas, lo que fortalece la transferencia tecnológica y la formación de capital humano altamente especializado en Chile.
Los experimentos de Física de Partículas generan algunos de los conjuntos de datos más grandes y complejos del mundo. Esta línea de investigación utiliza herramientas avanzadas de análisis estadístico, aprendizaje automático, inteligencia artificial y minería de datos para extraer información científica relevante de enormes volúmenes de información, con metodologías que trascienden la física de partículas y se aplican en campos como la medicina, la industria, la ingeniería y otras disciplinas donde el análisis de datos masivos es fundamental.
Desde su creación en 2020, el Instituto Milenio SAPHIR ha desarrollado una estrategia científica orientada a abordar algunas de las principales preguntas de la física subatómica y de altas energías, integrando investigación teórica y experimental con el desarrollo de instrumentación, computación científica y análisis avanzado de datos.
Esta evolución ha permitido consolidar capacidades científicas y tecnológicas en Chile, profundizar la participación del Instituto en grandes colaboraciones internacionales y ampliar progresivamente las herramientas con las que SAPHIR contribuye a la física de frontera.
Hito: Creación del Instituto Milenio SAPHIR.
SAPHIR inicia sus actividades en 2020 con una propuesta científica que articula distintas capacidades para estudiar la física subatómica y de altas energías. Desde sus primeros años, el Instituto combina investigación teórica y experimental con el desarrollo de detectores, instrumentación y capacidades computacionales, estableciendo las bases de una estrategia que conecta la investigación desarrollada en Chile con grandes experimentos internacionales.
Hito: Consolidación de una investigación conectada con grandes experimentos.
La estrategia científica comienza a profundizar la integración entre física teórica, análisis experimental, instrumentación y computación. La participación en colaboraciones internacionales permite que las capacidades desarrolladas por SAPHIR se vinculen progresivamente con experimentos como ATLAS, NA64 y SND@LHC, además de otras iniciativas de física subatómica.
Este período consolida un principio que continúa hasta la actualidad: las distintas áreas del Instituto no funcionan de manera aislada, sino como capacidades complementarias para abordar problemas científicos comunes.
Hito: Mayor énfasis en instrumentación, simulación y desarrollo tecnológico.
La participación internacional de SAPHIR evoluciona desde la investigación y el análisis hacia contribuciones cada vez más especializadas en diseño, construcción, integración y validación de detectores y sistemas experimentales.
Actualmente, esta trayectoria se expresa en desarrollos asociados a experimentos como ATLAS, NA64, SND@LHC y SHiP, involucrando electrónica, sistemas de monitoreo, sensores, estructuras especializadas, simulaciones y otras tecnologías necesarias para la operación de experimentos de alta energía.
Las cuatro áreas de investigación de SAPHIR convergen en un proyecto estratégico de largo plazo: la próxima generación de colisionadores de partículas.
Programa científico: física del Higgs y búsquedas de nueva física.
Enormes desafíos de computación y procesamiento de datos.
Nuevos conceptos de detectores e I+D tecnológico de largo plazo.
Análisis de volúmenes de datos sin precedentes.
El Future Circular Collider (FCC) es una iniciativa internacional coordinada por CERN que estudia el desarrollo de la próxima generación de aceleradores de partículas para continuar y ampliar el programa científico del Large Hadron Collider (LHC) una vez finalizada su etapa de alta luminosidad.
El proyecto considera una nueva infraestructura subterránea de aproximadamente 91 kilómetros de circunferencia, concebida para desarrollarse en etapas. La primera corresponde al FCC-ee, un colisionador electrón-positrón diseñado para realizar mediciones de altísima precisión del bosón de Higgs y otras partículas fundamentales. Una segunda etapa, FCC-hh, contempla colisiones protón-protón a energías de hasta aproximadamente 100 TeV, ampliando significativamente la capacidad de explorar fenómenos más allá del Modelo Estándar.
Para SAPHIR, la vinculación con FCC representa una proyección de sus capacidades científicas hacia los desafíos que definirán la física de altas energías durante las próximas décadas. Su carácter multidisciplinario permite conectar investigación teórica, física experimental, desarrollo de detectores, computación científica y análisis avanzado de datos, articulándose transversalmente con las distintas áreas de investigación del Instituto.
La participación de investigadores SAPHIR en instancias de la colaboración, como FCC Week, permite integrar a la comunidad científica chilena en las discusiones internacionales sobre el potencial científico, tecnológico y experimental de la próxima generación de colisionadores. En 2025, por ejemplo, Francisca Garay participó en FCC Week en Viena, encuentro desarrollado después de la entrega del FCC Feasibility Study Report.
Estado actual: estudio, diseño y desarrollo científico-tecnológico. El FCC se encuentra actualmente en una fase de estudios y desarrollo. Su programa contempla inicialmente FCC-ee y posteriormente FCC-hh, con un horizonte científico que se extendería durante varias décadas.
La actualización 2026 de la Estrategia Europea para la Física de Partículas establece la hoja de ruta científica y tecnológica que orientará el desarrollo de la disciplina durante las próximas décadas. Su objetivo es asegurar la explotación completa del potencial científico del Large Hadron Collider (LHC), preparar la siguiente generación de grandes infraestructuras de investigación y mantener una comunidad internacional capaz de abordar algunas de las preguntas fundamentales aún abiertas sobre la materia y el Universo.
La prioridad inmediata sigue siendo el High-Luminosity Large Hadron Collider (HL-LHC). La Estrategia establece que completar su actualización y explotar plenamente su potencial científico constituye la máxima prioridad de la física de partículas europea. El HL-LHC está previsto para operar entre 2030 y 2041 y permitirá obtener más de cinco veces el volumen de datos del programa actual del LHC, aumentando significativamente la precisión de las mediciones y la capacidad de búsqueda de nueva física.
Esta etapa permitirá profundizar el conocimiento del bosón de Higgs y de las interacciones fundamentales y explorar fenómenos que podrían revelar física más allá del Modelo Estándar. Sin embargo, la propia Estrategia reconoce que responder a las preguntas que permanecerán fuera del alcance del HL-LHC requerirá avanzar posteriormente tanto en precisión como en energía.
Para esa siguiente etapa, la Estrategia 2026 recomienda explícitamente al Future Circular Collider electrón-positrón (FCC-ee) como la opción preferente para convertirse en el próximo gran colisionador de CERN.
El FCC-ee está concebido como una instalación de altísima precisión para estudiar el bosón de Higgs y los sectores electrodébil, de sabor y del quark top. El estudio de factibilidad desarrollado por CERN concluyó en 2025 y permitió establecer un diseño de referencia, demostrar su viabilidad técnica y desarrollar escenarios plausibles de financiamiento. De acuerdo con la Estrategia, sus primeros haces podrían producirse aproximadamente entre cinco y siete años después del término de las operaciones del HL-LHC.
La importancia estratégica del FCC va más allá del FCC-ee. Su infraestructura está concebida como la primera etapa de un programa de largo plazo: posteriormente, el mismo túnel y buena parte de sus instalaciones podrían ser reutilizados para un colisionador de hadrones de mucha mayor energía, extendiendo de manera sustancial la frontera de descubrimiento directo. Así, el FCC conecta una primera etapa de física de precisión con la ambición de explorar nuevamente la frontera de máxima energía.
LHC → HL-LHC (2030–2041) → FCC-ee → futuro colisionador de hadrones
No se trata únicamente de reemplazar un acelerador por otro. Es una estrategia científica que puede abarcar varias décadas y que exige comenzar desde ahora el desarrollo de detectores, aceleradores, electrónica, superconductividad, computación, inteligencia artificial, ingeniería y nuevas capacidades industriales. La Estrategia otorga una alta prioridad al desarrollo e industrialización de estas tecnologías y a la cooperación entre CERN, institutos de investigación, universidades, laboratorios e industria.
Para SAPHIR, esta hoja de ruta tiene una consecuencia directa: la participación chilena en CERN debe entenderse como un proceso de largo plazo, en el cual las capacidades que se desarrollan durante el LHC y el HL-LHC constituyen también la base para participar en las futuras infraestructuras de CERN.
Actualmente, SAPHIR mantiene una participación activa en programas experimentales vinculados a CERN y contribuye al desarrollo de capacidades en física de partículas, instrumentación, electrónica, hardware, computación científica y formación de capital humano. Esta experiencia ha permitido incorporar investigadores, estudiantes, ingenieros y técnicos chilenos a proyectos científicos y tecnológicos internacionales.
La proyección hacia el FCC representa el paso siguiente. Investigadores de SAPHIR ya participan en actividades relacionadas con esta futura infraestructura, permitiendo conectar la experiencia adquirida en los experimentos actuales con las tecnologías y preguntas científicas que definirán la física de partículas de las próximas décadas.
Esta mirada coincide directamente con la Estrategia Europea, que destaca que el éxito de los futuros proyectos dependerá no solo de físicos, sino también de la formación y permanencia de ingenieros, técnicos y especialistas en detectores, aceleradores y computación, además de una cooperación cada vez más estrecha con la industria y de mecanismos efectivos de transferencia de conocimiento y tecnología.
La condición de Chile como Estado Miembro Asociado de CERN abre la posibilidad de transformar esta participación científica en una estrategia más amplia de desarrollo de capacidades nacionales. La oportunidad no se limita a producir conocimiento: incluye formar especialistas, desarrollar ingeniería avanzada, participar en construcción e integración de equipamiento, fortalecer la relación universidad-industria y vincular empresas chilenas con las tecnologías requeridas por las grandes infraestructuras científicas internacionales.
En ese contexto, SAPHIR busca actuar como un puente entre las capacidades científicas y tecnológicas de Chile y la hoja de ruta internacional de CERN: contribuir al éxito del programa actual del LHC y del HL-LHC, ampliar la participación nacional en las tecnologías asociadas a estas infraestructuras y preparar desde ahora una presencia chilena significativa en el desarrollo del FCC.
La Estrategia Europea 2026 plantea una trayectoria que se extenderá durante buena parte del siglo XXI. Para SAPHIR, el desafío es que Chile no llegue a esa próxima etapa únicamente como observador, sino con una comunidad científica, técnica y tecnológica capaz de contribuir a construirla.
“SAPHIR busca contribuir al presente del LHC mientras desarrolla las capacidades científicas y tecnológicas que permitirán a Chile participar en la próxima generación de infraestructura de CERN.”