Una partícula muy parecida al bosón de Higgs: ¡Eureka!

Todos estaban enfriando la champaña desde diciembre pasado, pero solo pudieron descorcharla y celebrar este miércoles 4 de julio, cuando se reunió suficiente evidencia-producto de 800 trillones de colisiones de protones en lo últimos dos años-. El anunció lo hizo el Instituto Cern, el laboratorio europeo donde opera el Gran Colisionador de Partículas, en medio de una gran expectativa mundial. Luego de 50 años de haber sido prevista teóricamente, un grupo de más de 3.000 investigadores del mundo, que incluía a físicos colombianos de las universidades Antonio Nariño y Los Andes, logró reunir suficiente evidencia para decir que habían hallado una partícula del mismo tipo y masa que la descrita como bosón de Higgs.

Se trata, ni más ni menos, que de la llamada partícula de Dios, bautizada así en 1993 por el premio Nobel Leon Lederman, para señalar su importancia en la ciencia. Si bien ese apodo es desafortunado porque la partícula de Higgs no resuelve todos los interrogantes del origen del universo, su relevancia es inmensa para entender el comportamiento de la materia. Sin el bosón de Higgs no habría masa y, sin ella, no habría átomos, ni estrellas, ni planetas, ni mucho menos vida, tal y como se conoce. Por eso, Joe Incandela, director de uno de los grupos de trabajo, no exageraba cuando señaló que se trataba de "una de las más grandes observaciones de cualquier fenómeno de la física en los últimos 30 a 40 años, tal vez desde el descubrimiento de los 'quarks' (elementos que hacen parte de los protones)".

El bosón de Higgs fue propuesto en 1964 por el físico británico Peter Higgs -de ahí su nombre- y otros cinco colegas suyos para explicar de dónde recibían su masa las partículas fundamentales. "Toda una generación de físicos ha dedicado su vida a encontrar esta partícula y han creído en ella sin verla", señaló a SEMANA Stephan Söldner-Rembold,

profesor de Física de Partículas en la Escuela de Física y Astronomía de la Universidad de Mánchester, Reino Unido. En física se trabajan dos teorías sobre la realidad: la de la relatividad general de Albert Einstein, que explica la gravedad, que mantiene unidos planetas y galaxias, y el modelo estándar, de la mecánica cuántica, que incorpora las otras tres fuerzas, que operan a escala microscópica: el electromagnetismo y las fuerzas nucleares débil (que mantiene unido al átomo) y fuerte (que da unidad al núcleo del átomo). El modelo, desarrollado por varios científicos, entre ellos Higgs, describe las interacciones y el comportamiento de la mayoría de partículas fundamentales del universo, como los quarks, los protones, los neutrinos y otros menos famosos como los muones. Desde la década de los sesenta los físicos han ido descubriendo cada uno de ellos. El bosón de Higgs era la pieza que faltaba para completar el rompecabezas.

Así, el hallazgo significaría el final de una de las más largas y costosas búsquedas en la historia de la ciencia, una exploración que, incluso, implicó la construcción del Gran Colisionador de Hadrones (LHC, por sus siglas en inglés), a un costo de 10.000 millones de dólares. Por eso, el hito para muchos fue, además, una deslumbrante primera función de este acelerador de partículas.

En plata blanca, los físicos encontraron una partícula subatómica del mismo tipo y masa que Higgs. El nuevo elemento pesa alrededor de 125 gigaelectronvoltios -una medida de energía utilizada en física-, esto significa que es 130 veces más pesado que un protón. Si se confirma que de hecho es el mismo bosón propuesto por Higgs, esto implicaría que el modelo estándar estaría completo. Si, por el contrario, se trata de un nuevo bosón, tanto mejor para los físicos, pues "abriríamos la posibilidad de explorar nuevas alternativas y tener indicios de que hay modelos más allá del estándar para explicar los fenómenos que no están descritos allí", dice Gabriela Navarro, investigadora del Grupo Experimental de Física de Altas Energías de la Universidad Antonio Nariño.

El modelo estándar propone que así como la fuerza electromagnética tiene una mínima partícula o quantum, que es el fotón, el campo de Higgs debía tener la suya propia: el bosón de Higgs. El campo de Higgs sería una especie de continuo que llena el vacío en el cual las interacciones con el resto de partículas están mediadas por el bosón de Higgs. En este campo, las partículas más ligeras se moverían fácilmente mientras que las más pesadas lo harían con mayor dificultad. Si no existiera el campo de Higgs, las partículas viajarían a la velocidad de la luz y atravesarían las manos como un rayo de luna.

Una analogía que los físicos usan para explicar estos conceptos es imaginar una habitación llena de gente en donde se lleva a cabo una fiesta. Si una persona desconocida llegara al recinto podría pasar por entre la multitud sin problema, pero si aparece Sofía Vergara, inmediatamente muchos de los invitados la rodearían, impidiéndole atravesar la habitación con facilidad.

En el mundo cuántico, algunos elementos como el fotón se escapan de las manos porque no tienen masa. Pero los otros, que son más pesados, deben luchar con el campo de Higgs como una mosca atrapada en almíbar. Andy Parker, profesor de Física de la Universidad de Cambridge, dijo: "El campo de Higgs llena el espacio y, en la medida en que las partículas se mueven a través de el, su interacción les causa tener masa. Esto las vuelve más lentas y les permite juntarse para dar las formas familiares de materia que observamos alrededor. En lugar de que la materia tenga sus características intrínsecas, muchas de sus propiedades se deben a las interacciones con ese campo invisible que lo invade todo".

Se cree que durante el Big Bang, la explosión que dio origen al universo, no había masa, pero, una trillonésima de segundo después, el campo de Higgs llenó el vacío y le dio al cosmos la estructura que tiene hoy.

El bosón de Higgs había sido esquivo porque es frágil y se descompone en una millonésima de segundo. Solo con la construcción del LHC, que trata de recrear las condiciones de altísima energía de ese primer instante del universo, se pudieron hacer experimentos para observarlo. Aun así, en estas colisiones de partículas pesadas, el bosón de Higgs vive muy poco tiempo para ser visto directamente y por eso su presencia se infiere indirectamente a partir de las minipartículas en las que se descompone.

En diciembre ya se habían encontrado indicios de Higgs, pero se necesitaba descartar que el hallazgo se debiera al azar. En abril los científicos volvieron a hacer experimentos y solo con la evidencia acumulada hasta hoy, en dos experimentos distintos, tuvieron suficiente confianza para proclamar el descubrimiento. La posibilidad de que sea un azar ahora es de una en 3 a 5 millones.

A diferencia de otros descubrimientos, este no tiene trascendencia en la vida práctica, sino de manera indirecta. "Diseñar y construir los dispositivos de aceleración, detección y análisis de datos que necesitamos para hacer nuestro trabajo empuja las fronteras de nuestra tecnología más allá de lo imaginable. La World Wide Web se desarrolló en el Cern como consecuencia de las necesidades de comunicación de los científicos", dijo a SEMANA Isidro González Caballero, Investigador de la Universidad de Oviedo y del Centro Nacional de Física de Partículas, Astropartículas y Nuclear (CPAN). No obstante, la sociedad debe ver su relevancia en términos de conocimiento. Como Peter Higgs le dijo a The Guardian: "¡Se trata de entender el mundo!".

Lo cierto es que lejos de ser el fin de una larga búsqueda es el principio de una etapa apasionante para la física y para el Colisionador de Partículas. Lo que queda por delante es establecer las propiedades de esta nueva partícula para confirmar si se trata de la descrita en el modelo estándar, lo que tardará varios años. Si hay diferencias, significaría que se podrían establecer teorías para responder cuestiones que el modelo estándar no abarca, como, por ejemplo, si la materia oscura es la que provee el andamiaje gravitacional para las galaxias o por qué el universo está hecho de materia y no de antimateria. Así mismo, este trabajo podría darle vigor a una noción conocida como supersimetría, por la cual a cada partícula del modelo estándar le correspondería otra supersimétrica. Como bien lo dijo al New York Times Nima Arkani Hammed, físico de la Universidad de Princeton, "ahora sí empieza la diversión".