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Número 30 - Diciembre de 2011  

Artículos
El Bosón de Higgs, una duda que perdura
Guillermo Cardona Marín

Desde finales de noviembre pasado se filtró en internet el chisme de que en dos aceleradores de partículas europeos habían logrado encontrar trazas del Bosón de Higgs. Y fue tal el entusiasmo y la expectativa que produjo la noticia entre la comunidad científica internacional, que el 14 de diciembre pasado se convocó a una conferencia de prensa en el auditorio principal del Laboratorio Europeo de Física de Partículas (CERN). En efecto, dos de los principales detectores del gran acelerador europeo, el Atlas y el CMS, habían encontrado las señales de la llamada “partícula de Dios”, responsable de que ciertas partículas sean susceptibles de tener masa, cuando las matemáticas indican que todas las partículas subatómicas deberían tener cero masa y viajar siempre a la velocidad de la luz, cosa que la palpable realidad nos indica no es así.

El cómo
Uno de los muchos experimentos que se realizan en el CERN, consiste en disparar dos protones en direcciones contrarias en el acelerador que tiene un diámetro de 27 kilómetros, al 99.9 % de la velocidad de la luz. Cuando chocan, generan una “cascada” de eventos, en la que se crean y se desintegran numerosas partículas de vida muy efímera. En el rango de los 125 Gigaelectronvoltios o GeV se registraron una serie de “eventos extra” que podrían ser precisamente la “huella” del elusivo bosón de Higgs, la única partícula que resta por detectar en los laboratorios para completar el llamado Modelo Estándar de la física de partículas.

Sin embargo, los portavoces de ambos experimentos, Fabiola Gianotti, del Atlas; y Guido Tonelli del CMS, fueron muy cautos a la hora de presentar las conclusiones y afirmaron que será necesario analizar muchos más “picos” de eventos pues, por el momento, podría deberse a una simple fluctuación estadística.

El asunto es difícil de comprender por su naturaleza matemática, intraducible al lenguaje verbal, que es demasiado ambiguo y antiguo, ajeno por completo al lenguaje de la ciencia y con mayor razón al de la física de partículas, que describe lo que podría parecer otro universo a nivel subatómico, regido por el azar y la incertidumbre, pero que a su vez es responsable de la existencia del Cosmos, tal como lo conocemos o lo percibimos, favorable a la vida y a la inteligencia que lo descifra.

Elemental, como el átomo
para nos, los legos en la materia, el átomo está integrado por electrones de carga negativa girando en su periferia, y un número igual de protones de carga positiva aglutinados en el núcleo gracias a igual número de neutrones que impiden su dispersión, por aquello de que una partícula con la misma carga debería repelerse. Este concepto nos viene de la antigua Grecia, y nos indica que el átomo es la partícula más pequeña a la que es posible reducir la materia, dividiéndola.

Sin embargo, hoy las cosas son ligeramente más complicadas. En 1900, Max Planck formuló la hipótesis de que la radiación electromagnética es emitida y absorbida por la materia en forma de cuantos; Einstein, en su teoría especial de la relatividad, planteó que la luz en ciertas circunstancias se comporta también como partícula; y hacia 1925, Louis de Broglie propuso que cada partícula material tiene una longitud de onda asociada, inversamente proporcional a su masa y dada por su velocidad, a la que llamó momentum y que otros físicos llaman ímpetu.

Y puesto que las partículas también son ondas, el otrora indivisible átomo se ha venido fragmentando en el último siglo hasta llegar a la cifra de más 28 partículas diferentes que o bien lo integran o lo relacionan con las interacciones que conforman el Universo, a saber: la electromagnética y las nucleares débil y fuerte. Sin contar el gravitón, otra partícula que en teoría debería existir para comunicar la fuerza de gravedad pero que nadie ha visto.

En general, podemos decir que hay dos tipos de partículas, fermiones y bosones. Los fermiones, son los que integran la materia propiamente dicha y los que forman las galaxias, las estrellas, los planetas y la vida misma. Los bosones, por su parte, son los responsables de comunicar las fuerzas que rigen el universo. Entre ellos, además del fotón, el mensajero de la interacción electromagnética (donde encontramos el espectro de la luz visible), tenemos los bosones W y Z, que transportan la interacción nuclear débil (la que mantiene unidos a los electrones con el centro del núcleo), y el gluón, responsable de la interacción nuclear fuerte (que es la que mantiene unidos los protones y los neutrones en el centro del átomo).

Para las mentes que son capaces de descifrar matemáticamente el entramado, llama la atención, sobre todo, que los bosones W y Z, responsables de comunicar la interacción nuclear débil, sean tan masivos y por lo tanto incapaces de existir y viajar por mucho tiempo, mientras que el fotón, el mensajero de la interacción electromagnética, carezca por completo de masa y sin embargo, sea capaz de viajar durante miles de millones de años luz.

El Bosón de Higgs

  

Pero ¿qué es el Bosón de Higgs?
En 1993, el ministro británico de ciencias, William Waldegrave, notó que se estaba gastando mucho dinero en la búsqueda del bosón de Higgs, una partícula postulada en la teoría física, y acerca de la cual los ciudadanos nada sabían.

Fue entonces cuando Waldegrave lanzó su desafío: “Aún no he decidido si mi departamento financiará los experimentos propuestos para buscar el bosón de Higgs, pero prometo financiar una botella de champagne a quien logre explicarme qué es eso”.

La botella de champaña se la ganó el físico David J. Miller, cuyo texto me permito parafrasear para culminar esta nota.

El mecanismo de Higgs
Imagínese una fiesta del partido de la U, con muchos políticos distribuidos uniformemente en la sala, cada uno hablando con sus vecinos más cercanos. Entonces llega el único ex presidente con que cuenta dicha colectividad y cruza la sala. Todos los políticos cerca de él se sienten atraídos y se aglutinan cerca. Mientras se mueve, atrae a los que se acerca, mientras que los que dejó atrás regresan a sus posiciones. El ex presidente adquiere entonces una masa más grande de la normal.

En cuatro dimensiones, y con las complicaciones de la relatividad, este es el mecanismo de Higgs.

Vale decir, para otorgar masa a las partículas, se deduce un campo de fondo que se distorsiona localmente por donde pasa una partícula. Esa distorsión, el aglutinamiento del campo alrededor de la partícula, es lo que genera la masa de la partícula.

El postulado del campo de Higgs en el vacío es una especie de entramado hipotético que llena nuestro Universo. Se necesita en el modelo estándar de la materia, de lo contrario no es posible explicar porqué las partículas Z y W que desempeñan las interacciones débiles son tan pesadas, mientras que las que desarrollan las fuerzas electromagnéticas no tienen siquiera masa alguna.

El rumor como herramienta científica
ahora considere un rumor esparciéndose en nuestra sala llena de políticos. Aquellos cerca de la puerta lo escuchan primero y se amontonan para conocer los detalles, y después vuelven y se acercan a sus vecinos próximos que también quieren saber de qué se trata.

Una oleada de aglutinamientos atraviesa la habitación. Puede expandirse a todas las esquinas, o puede formar un grupo que lleve las noticias a lo largo de una línea de políticos desde la puerta hasta algún senador al otro lado de la sala y sin la ayuda del DAS.

Como la información del rumor es llevada por un cúmulo de personas, y como era también un acumulamiento de gente lo que le daba masa extra al ex presidente, entonces se deduce que el cúmulo que lleva el rumor también tiene una masa. Se cree que el bosón de Higgs es justamente ese aglutinamiento dentro del campo de Higgs.

Los colisionadores
Hay ciertas analogías con la física del estado sólido que francamente perturban. Por ejemplo, una estructura cristalina puede soportar olas de acumulamientos sin la necesidad de un electrón que se mueva y atraiga a los átomos. Estas ondas pueden comportarse como si fueran partículas. Se llaman fonones, y también son bosones.

Podría existir entonces un mecanismo de Higgs, y un campo de Higgs a través de nuestro Universo, sin que exista el bosón de Higgs. Esta nueva generación de colisionadores euorpeos, como el CERN, capaces de generar la energía necesaria para provocar su existencia artifical podría resolver el misterio, cosa que por el momento queda aplazada hasta el año entrante. UC