John Ellis: «Hay aún muchos misterios ligados al bosón de Higgs»

John Ellis: «Hay aún muchos misterios ligados al bosón de Higgs»

Publicado por el Sep 28, 2014

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El físico que contribuyó al diseño del LHC trabaja ahora en un nuevo acelerador mucho más grande para buscar las partículas de la materia oscura.

Tiene 68 años, pero conserva en su mirada toda la inocencia de la niñez. John Ellis, que trabaja en el Centro Europeo de Investigaciones Nucleares (CERN) desde 1978, sigue disfrutando de la Física como el primer día. Habla de sus logros con sencillez, pero con orgullo, y es capaz de transmitir los conceptos más complicados con palabras que están al alcance de todo el mundo. Compara la Física con el surf, siempre en busca de una ola más grande, y cada nuevo paso le supone “una descarga de adrenalina que no se puede comparar con nada”. John Ellis contribuyó de forma decisiva al diseño del LHC, el gran acelerador de Hadrones de 27 km. de diámetro instalado en Suiza, y forma parte del grupo de trabajo que está definiendo cómo deberá ser el próximo acelerador, de 100 km. de diámetro y cuya construcción no está prevista hasta dentro de tres décadas. El físico británico ha participado en el festival Starmus, que se celebra estos días en Canarias. Allí fue donde concedió esta entrevista a ABC.

– ¿Cree usted que la Física es la más fundamental de todas las Ciencias?

– En el principio del Universo no había Biología, no había Química, solo Física. Por eso hay que comprender la Física para entender cómo llegamos hasta aquí.

– ¿Por qué es importante construir aceleradores de partículas cada vez más grandes y potentes?

– Para comprender mejor lo que ocurre en el interior de la materia. Tenemos un modelo que explica la materia visible del Universo, el Modelo Estandar, pero sabemos también que no es suficiente. También hay materia oscura en el Universo, mucha más que materia ordinaria, que es la que podemos ver. Y queremos comprender qué es esta materia oscura. Tal vez esté hecha de partículas que podamos descubrir en el LHC. Y sin salir del modelo Estandar, también queremos comprender mejor el bosón de Higgs, descubierto recientemente. Hay aún muchos misterios ligados al bosón de Higgs.

– Usted está definiendo también cómo deberá ser el acelerador que en el futuro sustituya al LHC…

– Sí, participo en el grupo de estudio de las posibilidades de futuros aceleradores. Estamos empezando el estudio de un futuro acelerador circular de 100 km. de diámetro, cuando el LHC tiene 27 km. En ese acelerador podremos acelerar protones, como en el LHC, o electrones y positrones como en el LEP, el acelerador que había antes que el LHC. Ese acelerador más grande, y en el que además habrá imanes con campos magnéticos más fuertes para guiar a las partículas en sus rutas de colisión, permitirá alcanzar rangos de energía hasta siete veces superiores que los del LHC.

– ¿Y para cuándo está prevista su construcción?

– Quién sabe… Hace falta mucho tiempo. Piense que los primeros estudios para el LHC, que es aún muy nuevo, los hicimos hace más de treinta años, en 1984. Sabemos que el LHC durará unos veinte años, y por eso tenemos que preparar ya la siguiente generación.

– ¿Cuál será la Física que se hará dentro de treinta años, con el nuevo acelerador?

– En esencia, el LHC está explorando lo que sucede en colisiones que se producen a energías de un TEV (teraelectronvoltio), lo que equivale a mil GEV (gigaelectronvoltios) o lo que es lo mismo, mil veces la masa del protón. Con el nuevo acelerador pensamos estudiar lo que ocurre a niveles de energía de diez TEV, diez mil veces la masa del protón.

– ¿Y qué procesos ocurren en la Naturaleza a esos niveles tan enormes de energía?

– Ahora mismo es difícil decirlo. Sabemos que podremos estudiar con más detalle ciertas propiedades del bosón de Higgs que serían muy difíciles de estudiar con el LHC. Y estamos pensando también en otra física posible, por ejemplo la de la materia oscura.

– ¿Es decir, ese nuevo acelerador podría detectar partículas de materia oscura? Si es que la materia oscura está hecha de partículas, claro…

– Hay muchas razones para creer que la materia oscura está hecha de partículas. Y en muchos modelos esas partículas están en equilibrio termodinámico con el resto de las partículas, las que forman la materia ordinaria. Ahora bien, si esas partículas de materia oscura tienen masas superiores a un TEV, nunca podremos descubrirlas con el LHC. Con el futuro acelerador podremos encontrarlas incluso con masas de diez TEV.

– De todas formas, esas hipotéticas partículas de las que estaría hecha la materia oscura no serían del mismo tipo de las que constituyen la materia ordinaria…

– Claro que no porque, por ejemplo, no emiten fotones, no tienen campo eléctrico, y sabemos que las interacciones de estas partículas con la materia normal son muy, muy débiles, y se limitan a la gravedad.

– Y esas nuevas partículas de materia oscura, que los científicos han llamado Wimps, ¿darían lugar a una Física completamente nueva, ya que responderían a otras leyes de la Física que aún no conocemos?

– Estamos seguros de que toda la materia oscura está hecha de un solo tipo de partícula, pero esta partícula sería solo como la punta del iceberg de toda una familia de nuevas partículas. La materia ordinaria solo supone cerca de un 4% del total de la masa del Universo. Otro 23% es materia oscura y el resto es energía oscura. El modelo Estandar solo explica la materia ordinaria, por eso hay que ir más allá del Modelo Estandar, porque nos falta aún un 96% por explicar.

– ¿Cuenta usted con el factor sorpresa, es decir, con algún descubrimiento fortuito que, de repente, lo cambie todo?

– Ja, ja ja ja… Sí, claro, hay muchos ejemplos de eso en la Física de partículas, hallazgos inesperados que cambian de pronto el paradigma. Pero no es posible saber, antes del cambio de paradigma, si el cambio se va a producir mañana o dentro de diez años…

– ¿Cuál es la importancia del bosón de Higgs en la Física moderna?

– Es muy importante porque es el responsable de la masa de las otras partículas que forman la materia ordinaria. Sin el bosón de Higgs, sin el campo de Higgs, el electrón no tendría masa y sin una masa para el electrón no habría átomos, porque los electrones se alejarían de los núcleos a la velocidad de la luz. También hay otras interacciones muy débiles, responsables de las desintegraciones radiactivas, que serían mucho más comunes y abundantes si la partícula responsable no tuviera una masa muy grande. En definitiva, el papel del bosón de Higgs es muy importante en la construcción del Universo.

– ¿Qué opina de la idea de Hawking de que el campo de Higgs podría destuir el Universo?

– Esta es una vieja historia, y que por cierto no inventó Stephen Hawking. Los físicos de partículas llevamos estudiando esa posibilidad por lo menos desde hace veinte años. El problema es el siguiente: estamos en un estado que llamamos el vacío. Y todo indica que ese vacío del bosón de Higgs no es estable. Eso depende de la masa del bosón de Higgs, y también de otras cosas. Pero parece que el vacío en el que todos vivimos es inestable. Tal vez el problema se deba a que las medidas que tenemos de la masa del bosón de Higgs no son lo suficientemente precisas. Pero lo seguro es que estamos, otra vez, ante una Física que va más allá del Modelo Estandar, como por ejemplo la supersimetría, que es una teoría que puede explicar la materia oscura y otras cosas muy interesantes para la física teórica. Y tal vez, a la luz de esa nueva Física, nos daríamos cuenta de que en realidad el vacío del Universo no era tan inestable como parecía.

– ¿Tiene que ver esa inestabilidad del vacío con la energía oscura, responsable de que el Universo se esté expandiendo cada vez más deprisa?

– Creo que se trata de problemas distintos. La energía oscura es la cantidad de energía absoluta que corresponde al estado del Universo actual. Y todo indica que esa energía no es cero. Tiene un valor muy pequeño, pero hay energía en el vacío. La posible desintegración de ese vacío llevaría a un estado con una energía mucho más baja. El motor de la expansión acelerada del Universo es, pues, la energía oscura, que es otra cosa muy distinta. Para mí el problema no es que haya energía oscura, sino que no haya más energía oscura de la que hay, porque en todas las teorías hay contribuciones a la energía oscura. Por ejemplo, en la teoría del Higgs, o en la teoría de las interacciones fuertes, las que mantienen unidos los núcleos atómicos, hay contribuciones a la energía oscura. El problema, entonces, está en comprender por qué, a pesar de todas esas contribuciones, la energía oscura es tan pequeña.

– Se cree que el Big Bang produjo una cantidad igual de materia que de antimateria, pero en el Universo sólo vemos materia. ¿Dónde está la antimateria que falta? ¿Y por qué ambas no se aniquilaron mutuamente?

– Estamos convencidos de que en un principio, el Universo contenía cantidades iguales de materia y de antimateria. Pero sabemos también que hay una diferencia entre las interacciones de la materia y las de la antimateria. Y tal vez un resultado de estas interacciones diferentes fue que la antimateria desapareció. Esa es la hipótesis que formuló el físico ruso Andrei Sajarov, y estamos estudiando las propiedades de la materia y la antimateria para saber si Sajarov tenía razón o no. Pensamos que en Universo visible actual no hay concentraciones de antimateria. Hay estrellas de materia, pero no hay estrellas de antimateria. No hay anti estrellas, ni anti planetas, ni tampoco anti galaxias. Pero necesitamos una explicación de cómo el Universo se volvió asimétrico con respecto a la cantidad de materia y de antimateria que contiene. Puede que Sajarov encontrara la solución, pero aún no estamos seguros de ello.

– Dice usted que no hay anti estrellas ni anti planetas. ¿Pero cómo podemos estar seguros de que no los hay? Si los hubiera, tampoco tendríamos una forma de detectarlos…

– Cuando la materia y la antimateria entran en contacto, se aniquilan emitiendo radiación, de fotones, por ejemplo. Si hubiera partes del Universo con concentraciones de antimateria, en la frontera entre esas partes y las que están hechas de materia habría aniquilaciones e interacciones entre materia y antimateria. Y nunca hemos encontrado evidencia alguna de estas aniquilaciones.

– ¿Y no podrían ser un signo de esas aniquilaciones algunas de esas fuentes de energía y súbitas explosiones que suceden a menudo en el Universo y que no sabemos lo que son?

– No. Porque no serían explosiones puntuales, sino que habría una zona muy extensa de aniquilación, y eso nunca lo hemos visto.

– ¿Cree usted que existen Universos paralelos?

– Quién sabe… Hay mucha especulación sobre eso. Por ejemplo en la Teoría de Cuerdas… Para mí es muy difícil pensar, o estudiar, los universos paralelos, porque por definición no se pueden medir sus características. Entonces, ¿cómo saber si existen o no? Yo prefiero estudiar las propiedades de este nuestro Universo.

– ¿Cree que podremos construir algún día una máquina del tiempo?

– No, no creo. Pienso que el tiempo corre en una sola dirección, desde el inicio del Universo hasta un futuro lejano en el que quién sabe qué pasará.

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