Caja de caricias: ¿Existirá? ¿No existirá? A vueltas con el bosón de Higgs

Modelo estándar de partículas

Uno de los retos científicos más ambiciosos de nuestros días es la búsqueda del bosón de Higgs. La existencia de esta escurridiza partícula es fundamental para que la visión del mundo de la física contemporánea sea consistente. Sin embargo, hasta ahora, nadie ha podido detectar su presencia.

¿De qué está hecho todo lo que nos rodea? ¿Qué hace que haya piedras y árboles y planetas, y no una confusión indistinta? Estas preguntas han acompañado al hombre desde sus orígenes. En el siglo veinte se descubrió que los constituyentes más pequeños de la materia son un conjunto de partículas elementales (es decir, indivisibles), que interactúan a través de diversos tipos de fuerzas. La teoría que explica como funciona toda esta maquinaria se llama Modelo Estándar. Esta teoría representa la visión del mundo de la física de hoy en día. Sin embargo, no es ni mucho menos definitiva. En efecto, para que la teoría funcione, tiene que explicar una propiedad fundamental de los objetos: su masa.

El boson de Higgs es una partícula fundamental que fue propuesta por Peter Higgs a finales de los años sesenta del siglo pasado. Sería la responsable de dotar de masa al resto de bosones y fermiones fundamentales, al acoplarse a ellos por medio del Mecanismo de Higgs.

Todos experimentamos lo que es la masa cuando intentamos mover un objeto. Su inercia, su resistencia a ponerse en movimiento si está parado, o a pararse si se mueve, es debida a su masa. La masa es también responsable, junto con la fuerza de atracción de la tierra, de que tengamos un peso. Es decir, lo que nos hace quedar pegados al suelo. En 1960, el físico británico Peter Higgs concluyó que, para que la existencia de la masa pudiera encajar en el Modelo Estándar, tenía que existir una partícula que nunca se había observado, que desde entonces se ha llamado bosón de Higgs.

Una simulación del detector del Gran Colisionador de Hadrones, mostrando como se prevé que sean las trazas del Bosón de Higgs.

Los bosones Higgs sólo pudieron existir durante un breve período que se inició 10-35 segundos después del Big Bang. Su descomposición pudo producir un exceso de partículas de materia sobre las de antimateria que aún es manifiesto en el universo.

El mecanismo de Higgs

Supongamos que estamos en una fiesta en una casa de la alta sociedad. En el comedor, que está abarrotado de gente, aparece un actor famoso. Las personas que están próximas a él forman una pequeña piña a su alrededor, para curiosear. Si el actor se mueve, las personas, por educación, no le persiguen. Pero, mientras cruza la habitación, el personaje atrae el grupo de personas que están más cerca. El resultado, es que el actor está siempre envuelto de un nudo de gente: es como si tuviera más masa de lo normal. La pequeña piña que lo envuelve le dificulta más ponerse en movimiento o pararse, que si estuviera solo. Exactamente igual que cuando intentamos caminar en el agua, y nos parece que nuestras piernas son más pesadas. Peter Higgs formuló la hipótesis que las partículas adquieren masa con un mecanismo parecido al de la fiesta de la alta sociedad. Según él, el espacio estaría lleno de un campo, que hace que cuando una partícula lo atraviesa, adquiere la propiedad de tener masa. En realidad, no se trata de una idea tan rara. Estamos constantemente envueltos de campos. Por ejemplo, el electromagnético, que hace que funcionen los aparatos como los móviles o las radios.

Del campo a la partícula

Volvamos a la fiesta de la alta sociedad. Cuando el actor sale, en una esquina de la sala alguien comenta algo respecto a su historia secreta con una cantante. El cotilleo empieza a pasar de boca en boca, rebotando por el salón. El efecto es el mismo que cuando estaba el actor. Se forman pequeñas piñas de gente que comentan la historia, luego se deshacen y se vuelven a formar un poco más allá. Aunque el cotilleo no tiene masa por si mismo, los “grumos” de personas que se forman sí que la tienen. Un mecanismo de este tipo sería el responsable de la existencia del bosón de Higgs. Naturalmente, se trata sólo de una metáfora: para entender como es posible que a un campo le esté asociada una partícula hacen falta muchos cálculos matemáticos. Sin embargo, la cosa no es tan inusual. Por ejemplo, la luz no es nada más que radiación electromagnética. Pero, se sabe también que la luz está hecha de fotones. He aquí un campo y su partícula asociada.

La teoría de Higgs parece funcionar bien y encajar perfectamente en el Modelo Estándar. Sin embargo, falla en un punto para nada irrelevante: nadie nunca ha detectado la existencia del bosón de Higgs. El problema es que todo podría ir “como si” la partícula misteriosa existiera. Por esto, ya ha comenzado un gran experimento proyectado para “atrapar” el bosón. Se lleva a cabo en el Centro Europeo de Física Nuclear, en Ginebra. Allí, se hacen chocar unas partículas pesadas en el interior de un acelerador de partículas de un diámetro de 27 kilómetros. Se espera encontrar el bosón entre los “fragmentos” que surjan del choque.

Hay que mencionar que los bosones de Higgs se denominan a veces, en algunos artículos, como las 'Partículas de Dios' o 'Partículas Divinas' a raíz del título de un libro no científico (libro de divulgación científica) escrito por Leon Lederman,
laureado con el Nobel de Física en 1988.