No es común que teorías o experimentos en el campo de la
física despierten un gran interés mediático, pero existen excepciones. La más
reciente es probablemente el bosón de Higgs. No se trata de ningún hobbit de la
Comarca, sino de una partícula que tiene unas implicaciones muy profundas en
las teorías físicas actuales. La partícula que ha sido bautizada (para tormento
de muchos científicos) la partícula de Dios, se ha convertido en noticia varias
veces en los últimos dos años desde
que su detección fue primero intuida y
después confirmada en el acelerador de partículas LHC del centro de
investigación CERN en Ginebra, motivando la elección del Premio Nobel de Física
de este año. Esto supone un enorme éxito para el CERN, ya que la detección del
Higgs era una de sus mayores prioridades, y así al menos ya tienen algo que
ofrecer a cambio de la enorme inversión que ha supuesto este megaexperimento.
Pero el LHC está solo en su primera etapa y aún no ha alcanzado su máxima
capacidad energética. Quién sabe los descubrimientos que nos deparará en el
futuro.
Aunque esta partícula haya atraído un enorme interés da la
impresión de que poca gente sabe realmente que es este Bosón de Higgs. No es de
extrañar, se trata de un fenómeno enmarcado en el campo de la física cuántica.
Uno de los físicos más carismáticos del siglo XX, Richard Feynman dijo una vez
algo así como “nadie entiende la física cuántica”. O más desesperanzador aún
“Si piensas que entiendes la física cuántica, no la entiendes”. Así que si ni
los científicos más brillantes entienden realmente estas cuestiones, que
posibilidad tenemos el resto de los mortales. Y no voy a ser él que contradiga
al gran Feynmann, pero voy a intentar matizarle un poco. Por lo que he leído
sobre física cuántica, deduzco que estos comentarios se refieren a la extrañeza
intrínseca de los objetos de estudio de esta rama científica. La física a
menudo estudia el comportamiento de objetos del mundo cotidiano, del que todos
tenemos una cierta intuición, que si bien puede necesitar ciertos ajustes, se
puede adaptar con mayor o menor dificultad para entender el comportamiento del
mundo a nuestro alrededor. Pero llegados al nivel de los infinitesimalmente
pequeño, nuestra intuición empieza a fallarnos. A diferencia de otras áreas, en
el caso de las partículas subatómicas, al profundizar en su estudio estas a
veces resultan cada vez menos familiares y aparecen nuevas rarezas y
características con difícil analogía en nuestro mundo de cada día. Pero tampoco
es necesario caer en la desesperación.
Gracias al trabajo de un número de científicos que se vuelcan en
comunicar los grandes descubrimientos de su área de estudio, podemos al menos asomar
las narices Al maravilloso y extraño dominio de lo subatómico.
Mi motivación para escribir este artículo en particular
viene de una conversación entre amigos hace algunos meses. Mientras yo estaba
medio distraído con el teléfono, algunos de los presentes hablaban sobre el
bosón de Higgs. Uno de ellos le explicaba a al resto, que la partícula de Higgs
es fundamental para el mundo de la física y añadía un concepto de su propia
cosecha que resultó no ser muy exacto. La partícula sería más pequeña que los
electrones, protones y neutrones que forman el átomo. Incluso más pequeña que
los quarks que forman las partículas del núcleo. La explicación es inteligente
y parece tener sentido. En general vemos que en la historia de la física los
científicos han ido descubriendo partículas cada vez más pequeñas que unidas
forman los componentes que anterior se pensaban eran indivisibles. Pero en este
caso, la cadena se rompe. El Higgs no es más pequeño. De hecho la dificultad de
su detección se debe a su gran tamaño. Aunque nuestra intuición de tamaño
también nos falla en este mundo cuántico.
En aquel momento la conversación empezaba a derivar a otros
temas y preferí no meterme a hacerme el listo, porque tampoco es que tenga
clarísimo que es esta partícula. Pero desde entonces he leído algo más sobre
ella, así que voy a lanzarme a escribir lo que hubiera intentado explicar de
haber saltado en la conversación aquel día. Pues bien, como ya he adelantado
antes, el bosón de Higgs no es para nada pequeño. De hecho todo los contrario.
Las partículas subatómicas no se pueden pesar en una balanza y nuestras
unidades de medida habituales se quedan lógicamente algo pequeñas. En física de
partículas, masa prácticamente se equipara con energía, por lo que la unidad
usada para medir es el electronvoltio que equivale más o menos a un julio o 1.783×10−27 kilogramos (lo
que quiere decir que es 1 000 000 000 000 000 000 000 000 000 más ligero que un
kilo de arroz por ejemplo). La abreviación del electronvoltio es eV/c2 y su definición
es un tanto oscura. Ahora que tenemos una unidad de medida podemos empezar a comparar los pesos de
distintas partículas. Lo más fácil será usar a nuestro amigo el protón, que ya
nos es familiar y nos da más confianza que esas partículas con nombres raros que
es la primera vez que oyes. El protón es grande medido en eV/c2 así que
usaremos megaelectronvoltios (MeV/c2). Un protón pesa algo menos de un MeV/c2. Pues el Higgs pesa 125 MeV/c2, así que es una partícula algo gordita. Por
eso hace falta un acelerador de partículas enorme para producir colisiones con
energía suficiente para crear un Higgs.
Otra pregunta muy
legítima sería ¿Cuál es la importancia de esta partícula? Si no se combina para
formar otras partículas, y de hecho no es capaz de mantenerse viva el tiempo
suficiente para ser detectada ¿Por qué tanto interés en encontrarla? La
respuesta es que la partícula en si es bastante poco importante. Lo que importa
es que revela la existencia de un campo asociado, que se podría llamar campo Higgs.
Todos somos familiares con el concepto de campo magnético. Objetos con distinta
carga eléctrica se atraen, y con opuesta se repelen si necesidad de entrar en
contacto. Lo que habilita esta mágica habilidad de los imanes para actuar los
unos sobre los otros en la distancia es el campo electromagnético. Este no solo
existe entre dos imanes sino que permea todo el universo. Cuando se produce una
excitación en este campo a nuestros ojos esto se revela como un fotón. Los
fotones son las partículas mediadoras de la fuerza electromagnética, así que cuando
dos objetos interactúan a través del campo electromagnético lo hacen
intercambiando fotones. Lo mismo sucede con cada tipo de partículas. En el
fondo todas se pueden entender como una excitación en un campo asociado,
incluido el bosón de Higgs. Por lo tanto, descubrir la partícula equivaldría a
demostrar la existencia del campo asociado que es lo realmente importante.
¿Y por qué los
físicos están tan desesperados por probar la existencia de este campo en
particular? A lo largo del siglo pasado se produjeron avances enormes en el
campo de la física de partículas. En los años cincuenta y sesenta se descubrieron
una infinidad de partículas subatómicas a las que se refería comúnmente como el
“circo de partículas” Por fin en los años 70 se depuro una teoría conocida como
el “Modelo Estándar” que explicaba toda
esta legión de partículas mediante combinaciones de un menor y más razonable
número de componentes. El Modelo Estándar es uno de los grandes logros de la física y su precisión en la predicción de
resultados experimentales, en el área de las partículas, es absolutamente increíble. El problema es que
el modelo en su origen tenía algunas rarezas. Una en particular era un
verdadero dolor de cabeza. Según esta teoría ninguna de las partículas tiene
masa. Pero nosotros sabemos que aunque partículas como el fotón, no tengan masa
alguna, otras como el electrón o las partículas que forman los neutrones y
protones sí que la tienen. Afortunadamente en los años sesenta, incluso antes
de que el Modelo Estándar estuviese terminado, varios físicos teóricos de
distintas universidades (Entre ellos Peter Higgs) ya estaban con el cerebro a 3000 revoluciones
buscando una solución al problema. Simplificando mucho, la idea es que existe
un campo que como el campo electromagnético, está presente en todo el universo.
No todas las partículas interactúan directamente con él, pero las que lo hacen
pierden velocidad, como si fueras en un coche y de repente tuvieras que cruzar
por terreno embarrado. Esta pérdida de velocidad sería percibida por nosotros
como masa.
La teoría funciona
perfectamente y desde hace más de 40 años los físicos habían aceptado de facto
su validez. Pero esto es problemático. En ciencia, uno no puede continuar para
siempre basándose en conceptos que no han sido probados experimentalmente. Por
ello, en estas últimas décadas distintos experimentos se han diseñado con la
intención de detectar la partícula de Higgs, hasta que está se convirtió en el
santo grial de física experimental. Pero por fin, el año pasado la evidencia en
el LHC demostró ser suficientemente sólida motivando la entrega del premio
Nobel de física del 2013 a Peter Higgs y Francois Englert, dos de los físicos
teóricos más relevantes para al descubrimiento de esta partícula.
Los conceptos para la escritura de este
artículo provienen sobre todo de varios videos del canal de física “Sixty
symbols” de Youtube y del libro “La partícula al final del universo” de Sean
Carrol.
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