Un nuevo estudio respalda la existencia del bosón de Higgs

Versión en PDF

En 2012, se anunció el hallazgo de una partícula que podría ser el bosón de Higgs. Y, aunque desde entonces se da por hecho, en realidad no hay nada cierto aunque se diga lo contrario, y queda por verificar que lo descubierto en el CERN sea efectivamente el bosón de Higgs.

La ciencia también se mueve por deseos cuando habla el lenguaje de los comunes…

Es en este ambiente de quiero y no puedo que, ahora sí, un nuevo estudio ha reforzado la posibilidad de que, efectivamente, se trate de la partícula que los científicos han estado buscando desde que fuese propuesta allá por 1964.

El modelo estándar de la física explica la materia del universo a partir de un puñado de partículas elementales: los bosones son partículas sin masa, o masa ínfima, portadoras de las fuerzas electromagnética, nuclear fuerte, nuclear débil y, presuntamente pero sin base cierta, de la fuerza de gravedad. Además de los bosones, están los fermiones, que son las partículas que forman la materia másica, y que se dividen a su vez en quarks –cuyas combinaciones generan protones y neutrones— y leptones, que son el electrón y sus dos versiones pesadas muón y tau, así como los diferentes neutrinos.

Pues bien, el modelo estándar de la física predice que la partícula de Higgs no sólo se muestra como bosón, sino también como fermión. Y tal es la conclusión del estudio dirigido por Ketino Kaadze , de la Universidad de Kansas, y Vincenzo Chiochia, de la Universidad de Zurich, y que acaba de ser publicado en la revista Nature; en concreto, el Higgs decae en una partícula tau y un quark down.

El estudio recién publicado viene bien para aumentar la confianza del personal, puesto que, si el bosón de Higgs no existiera, todo lo que la física de partículas cree saber dejaría de tener respaldo y habría que comenzar de nuevo a replantearse ese asunto de la realidad.

Y esto es así porque, según el modelo estándar, todas las partículas deberían carecer de masa. Pero, si no hubiera masa, el universo sería una sopa de partículas sueltas moviéndose a la velocidad de la luz, sin posibilidad de interacción y asociación para formar átomos y, por ende, estructuras más complejas.

Y héte aquí que es el bosón de Higgs, siempre según el modelo estándar, el responsable de la masa de los cuerpos: el universo sería una suerte de piscina llena de bosones de Higgs, de modo que la interacción de las partículas con ese “campo de Higgs” que todo lo es provocaría una resistencia al movimiento de los cuerpos, y esa resistencia sería la masa.

En 1993, el ministro británico de Ciencia, William Waldegrave, se mostró preocupado por el hecho de que su departamento estaba gastando mucho dinero en la búsqueda del bosón de Higgs, pero nadie sabía explicarle qué era eso que requería tanto presupuesto, así que prometió recompensar a quien se lo contara de la forma más breve y concisa.

El profesor y astrofísico David Miller fue quien logró que el ministro entendiera de qué iba el asunto: imaginemos que Margaret Thatcher (“a former Conservative Prime Minister”) acude a una convención de su partido; en el momento en que aparece por la puerta, decenas de fanáticos militantes se agolpan a su alrededor, complicándole el avance. Tales aduladores son bosones de Higgs. Juntos forman el campo de Higgs.

La Thatcher es una partícula cualquiera, un protón por ejemplo. Si no fuera por los bosones/aduladores, se movería grácilmente por la sala sin ningún problema, pero la señora tiene mucho tirón, mucha masa. Si un tipo vulgar entrara por la puerta, la cruzaría sin problemas y podría salir por el otro lado sin que nadie se enterara. Tendría poca masa, si es que acaso alguien se le cruzara para saludarlo, o ninguna incluso, que es lo que le pasa a los fotones, que resultan vulgares a la muchedumbre de Higgs.

Pero la del campo de Higgs es una propuesta más entre varias que buscan explicar la existencia de la masa; por ejemplo, la existencia de más dimensiones a añadir a las ya conocidas: el comportamiento de cada tipo de partícula sería diferente en esas dimensiones, y esta diferencia se traduciría en diferentes masas.

Pero, con todo, de verificarse que la partícula hallada en 2012 es realmente la de Higgs, el asunto este de las partículas y sus relaciones no estaría ni mucho menos aclarado. El modelo estándar quedaría completo, pero se abriría ante él un marco inmensamente más complejo en el que tratar de encuadrar  la realidad que el modelo estándar no alcanza a explicar.

Esto viene a ser lo que las leyes de Newton con respecto a la teoría de la relatividad de Einstein. Las primeras describen muy bien el movimiento de los cuerpos a velocidades que distan mucho de acercarse a la velocidad de la luz y sirven para explicar el mundo cotidiano, pero llega un momento en que fallan y no dan más de sí. Entonces aparece una teoría más esencial, que es la de Einstein y explica mejor el Universo. Es decir, se sabe que hay mucho más, y que el modelo estándar no es sino la superficie de todo un sistema por explorar.

Y, por lo tanto, es incompleto. No explica cuestiones tan fundamentales como la fuerza de la gravedad o la materia oscura, la cual supuestamente es el ingrediente del que está hecho el 84% del Universo. Tampoco puede dar cuenta de algo esencial –lo esencial siempre es lo más complicado—para entender el universo: ¿por qué hay materia?

Según el modelo estándar, materia y antimateria se produjeron a partes iguales; de haberse conservado la simetría, en este universo sólo habría fotones, que es lo que queda cuando una partícula de materia se encuentra con otra de antimateria y, por causa de tal encuentro, se aniquilan la una a la otra.

Una de las aspirantes a ese marco en que insertar la pequeña parte que es el modelo estándar es la supersimetría, que predice la existencia de partículas asociadas a cada una de las existentes en el modelo estándar, pero mucho más pesadas que sus compañeras conocidas. Estas partículas podrían explicar asuntos no resueltos como la materia oscura y, además, incluye escenarios que hacen posible la asimetría entre materia y antimateria.

El problema es que aún no se ha detectado una sola de estas partículas supersimétricas. Las experanzas están puestas en 2015, año en que se espera que el acelerador de partículas del CERN alcance su máximo rendimiento. Como explican los físicos Joseph Lykken y María Spiropulu en un artículo al respecto aparecido en la revista Investigación y Ciencia, el futuro de la Física depende de lo que ocurra entonces:

El LHC reanudará sus experimentos a principios de 2015, año en que comenzará a operar a la máxima energía para la que fue diseñado. Los nuevos datos permitirán que los experimentos ATLAS y CMS descubran –o descarten—partículas supersimétricas aún más masivas. Pero, si al final de la segunda fase no aparece nada nuevo, la física fundamental se hallará en una encrucijada: ante la falta de indicios que muestren que la naturaleza juega según nuestras reglas, o bien habrá que abandonar el trabajo de toda una generación, o bien insistir y esperar que, algún día, otro colisionador más energético demuestre que siempre habíamos tenido razón.