Bosón de Higgs, ¿Asalto final?

Publicado por el Jul 2, 2012

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Esta vez hay motivos de sobra para la "Higgsteria". Dentro de apenas tres días el CERN, el gran centro europeo de Física de partículas, celebrará en Melbourne, Australia, donde el 4 de julio comienza la Conferencia Internacional de Física de Altas Energías (ICHEP), un histórico seminario durante el que anunciará los últimos resultados de los experimentos ATLAS y CMS (los dos mayores laboratorios del Gran Colisionador de Hadrones, LHC, en Ginebra), en la búsqueda del Bosón de Higgs, la esquiva partícula subatómica que encierra los secretos del origen del Universo y que los científicos llevan persiguiendo desde hace más de cuarenta años.

Tras algunos meses de silencio e intenso trabajo de los físicos, los rumores sobre el posible hallazgo del Higgs volvieron a dispararse la semana pasada. Investigadores del propio CERN lanzaban a través de sus blogs mensajes esperanzadores y hablaban de un nuevo "set" de datos que podría contener las tan esperadas pruebas que demostraran, de una vez por todas, la existencia de la última partícula sin descubrir del Modelo Estandar, la responsable de la masa de todas las demás partículas subatómicas y sin la cual, sencillamente, el Universo no existiría tal y como lo conocemos.

Ante el aluvión de rumores, las máximas autoridades del CERN han reaccionado estos días alimentando aún más, si cabe, las razones para la esperanza. Así, Rolf Heuer, el mismísimo director general de la institución, aseguraba la semana pasada que ya podría haber "datos suficientes" para determinar la existencia (o no) del Higgs.

Desde primeros de año, la actividad de los físicos del LHC ha sido febril. Se trataba, precisamente, de obtener la mayor cantidad posible de nuevos datos antes de la celebración del ICHEP en Melbourne. Un objetivo que se ha conseguido plenamente. El proceso de recogida de datos para presentar en la conferencia terminó el pasado 18 de junio con unos resultados realmente espectaculares. De hecho, entre abril y junio se recogieron más datos de colisiones que durante todo el año 2011. Un trabajo que Heuer calificó de "impresionante" y que ha elevado, dijo, "las expectativas de cara a un descubrimiento".

En un artículo publicado la semana pasada en "The Bulletin", la revista interna del CERN, Heuer decía textualmente que "hallar el Bosón de Higgs es una posibilidad real". Pero veamos por qué el bosón de Higgs se considera tan sumamente importante.

Todos nuestros conocimientos sobre lo que es y cómo funciona la materia están recogidos en una teoría que llamamos Modelo Estándar. Allí aparecen todos los tipos de partículas que existen (estén o no descubiertas en laboratorio) y también la forma en que esas partículas se relacionana través de las varias fuerzas de la Naturaleza.

Hay varias familias de partículas y cuatro fuerzas fundamentales, que son el electromagnetismo, la fuerza nuclear fuerte, la fuerza nuclear débil y la gravedad. Cada fuerza, en teoría, tiene una partícula "mensajera" que transporta la unidad mínima (llamada "cuanto") de esa fuerza en concreto. Por ejemplo, la partícula mensajera del electromagnetismo es el fotón, que es la unidad mínima de la luz, entendiendo la luz en sentido amplio, como radiación electromagnética.

En cierto sentido, la historia de la Física moderna es el intento de "cuantificar", es decir, reducir a "cuantos" las cuatro fuerzas. El modelo Estándar se formuló en 1970 y predijo la existencia de toda una serie de partículas que, juntas, forman el Universo en que vivimos. Después, a lo largo de los años, aceleradores cada vez mas potentes han ido descubriendo todas y cada una de las partículas predichas en el Modelo Estándar. Lo cual hace pensar que el modelo es bueno, ya que por ahora todas sus predicciones se han cumplido a rajatabla.

Sin embargo, hay dos problemas que podrían dar al traste con todo. El primero es que una de las cuatro fuerzas, la gravedad, no ha podido ser "cuantificada" todavía. Se supone que existe una partícula, el gravitón, que transporta la unidad mínima de gravedad, igual que sucede con las demás fuerzas de la Naturaleza. Pero el gravitón no aparece, y muchos creen que nunca aparecerá. La naturaleza de la gravedad es, al parecer, muy especial y podría no ser "cuantificable".

El segundo problema es el Campo de Higgs, una misteriosa "sustancia" que permea todo el Universo y cuyo valor, distinto a cero, hace posible que las partículas tengan masa. Todas las partículas, todas, tienen una serie de características que son medibles. Una de ellas es la masa, que no es lo mismo que el peso. La masa de un objeto es constante en todas partes mientras que su peso no, porque depende de la gravedad. En la Luna tenemos la misma masa que en la Tierra, pero un peso diferente.

Y resulta que la masa es una propiedad muy misteriosa y cuyo origen se desconoce. Si todas las partículas carecieran de masa, éstas no habrían podido juntarse para formar átomos y, más tarde, estrellas y planetas. Y aquí es donde encaja el Bosón de Higgs. El Modelo Estándar habla de la necesidad de que exista una partícula asociada al Campo de Higgs. Y predice en qué rangos energéticos debería poder verse esa partícula.

Hasta ahora los físicos no habían sido capaces de generar colisiones en los aceleradores en los niveles de energía necesarios para poder ver el Higgs. Algo que ahora, y después de más de 40 años de intentos, por fin puede lograrse con el nuevo LHC. Desde que entró en funcionamiento, los físicos han ido explorando lo que sucede cuando los protones inyectados en el acelerador colisionan a distintos niveles de energía. Cuando se produce una colisión, los dos protrones se desintegran en una "cascada" de partículas que viven fracciones de segundo antes de desaparecer.

Cada una de estas partículas se manifiesta sólo y únicamente en su correspondiente rango de energía. Es así, precisamente, como se han ido descubriendo todos los "ladrillos fundamentales" de la materia. Sin embargo, y a diferencia de lo que sucede con las demás partículas, el Modelo Estandar no puede predecir exactamente cuál es la energía de colisión necesaria para que el Higgs se manifieste. Por eso, los físicos están intentando "arrinconar" al Higgs a base de explorar poco a poco en niveles cada vez más altos de energía.

Si finalmente el bosón de Higgs aparece, el modelo Estándar habrá recibido otro potente espaldarazo. El Universo sería como creíamos y podremos seguir adelante. Si no aparece, significaría que el Modelo Estandar tiene un fallo en alguna parte, lo cual podría incluso llegar a invalidar muchos de los conocimientos que tenemos, o creemos tener, sobre la naturaleza del Universo.

Pero existen más posibilidades. El próximo miércoles, el CERN podría anunciar que no ha encontrado el "mismo Higgs" que predicen las teorías, sino un "pariente" más o menos exótico, inesperado y que podría llegar a abrir las puertas de una Nueva Física totalmente desconocida.

Por último, vale la pena recordar que, a pesar de que el Modelo Estandar nos muestra una fotografía increíblemente precisa de la materia y de las fuerzas que la gobiernan, sólo se refiere a la materia "visible" del Universo. Esto es, a la que forma los billones de galaxias, estrellas y planetas que podemos ver. Y no olvidemos que toda esa "materia ordinaria", de la que todos nosotros estamos hechos, sólo da cuenta de un 4% de la masa total del Universo. El restante 96% está formado por materia (23%) y energía (73%) oscuras, dos conceptos aún misteriosos y de los que se sabe bien poco. Y que el Bosón de Higgs podría no aclarar.

PREGUNTAS

¿Qué es el Campo de Higgs?

Algo que permea todo el Universo y que, al tener un valor distinto de cero, confiere a las partículas la propiedad de la masa.

¿Y el Bosón de Higgs?

Es una partícula hipotética asociada al Campo de Higgs y quizá la única forma que tenemos de conocer algo sobre él.

¿Estamos seguros de que existe?

Estamos seguros de que el Campo de Higgs existe. Pero no sabemos si hay o no un bosón de Higgs.

¿Qué se anunciará el 4 de julio?

Se podrían anunciar las pruebas de la existencia del Higgs, pero también el hallazgo de alguna otra partícula similar.

¿Qué ocurriría entonces?

Podrían abrirse las puertas a nuevos campos de la Física

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