¡A 10 años del descubrimiento del Bosón de Higgs!

Hace diez años, los físicos acapararon la atención del mundo entero de una forma que no se ha vuelto a repetir. El 4 de julio de 2012, un gigantesco equipo formado por 5.000 investigadores del mayor acelerador de partículas del mundo, el Gran Colisionador de Hadrones (LHC) del laboratorio europeo CERN, anunció el descubrimiento del bosón de Higgs. Esta partícula es considerada responsable de dar masa a todas las demás y sin ella el universo no existiría tal y como lo conocemos.

El hallazgo completaba el modelo estándar, la gran teoría que durante décadas ha servido para describir la realidad y las leyes que la gobiernan, y confirmaba una predicción hecha 45 años antes por el físico británico Peter Higgs y los belgas Francois Englert y Robert Brout. El primero no pudo evitar llorar de emoción al ver sus cálculos hechos realidad. Un año más tarde ganó el Nobel de Física junto a su colega Englert. Un triunfo redondo.*

Para celebrar este décimo aniversario del higgs y divulgar su importancia, se han organizado multitud de actividades en diversos países. En México hubo diversos eventos pero destacan Isabel Pedraza y Arturo Fernández Téllez, investigadores de la BUAP, quienes han participado en los principales experimentos del CERN desde hace casi 20 años y que participaron en el 10th anniversary of the Higgs boson discovery, que se celebró ayer en Ginebra, Suiza.

El modelo estándar y la relevancia del Bosón de Higgs

La humanidad siempre se ha preguntado cuáles son los ladrillos fundamentales que forman nuestro mundo, y en la actualidad es la física de partículas la ciencia que aborda esta cuestión. Esta nace en el siglo XX con las revolucionarias aportaciones de la relatividad (energía y masa son dos aspectos del mismo fenómeno, como indica la famosa ecuación E=mc²) y la mecánica cuántica (que habla de probabilidad, incertidumbre, de ser onda y partícula a la vez).

En ese contexto se propuso el modelo estándar, una de las teorías más precisas jamás construidas, resultado de la teoría y la experimentación trabajando mano a mano durante más de un siglo y con una base matemática muy potente.

Como explica la física española María Cepeda Hermida “Los ‘ladrillos’ que forman el cosmos se relacionan con las cuatro fuerzas de la naturaleza: gravedad, electromagnetismo (la luz), la fuerza nuclear fuerte (mantiene unidos a neutrones y protones en el núcleo sin que estos últimos se repelan) y la débil (responsable de la desintegración radiactiva de las partículas). Pero en el centro de todo está el bosón de Higgs, una partícula especial sin carga ni espín”.

“Si no hubiéramos encontrado esta pieza central habría que desmontar todo el modelo y volver a empezar”

La existencia de este bosón la plantearon en 1964 los científicos belgas Robert Brout y François Englert y el británico Peter Higgs en diversos artículos, donde también se trataba de simetrías rotas, aquellas que se mantienen en las ecuaciones teóricas pero que se pueden romper en sistemas físicos reales.

Para solucionar algunos dilemas sobre la masa de los portadores de la fuerza débil –los bosones W y Z–, se encontró el denominado mecanismo de Brout-Englert-Higgs (o simplemente de Higgs) con dos componentes principales: un campo cuántico completamente nuevo que les daba masa a estas y otras partículas: el campo de Higgs, y una ruptura espontánea de la simetría.

El descubrimiento, supuso uno de los momentos más emocionantes de la ciencia moderna, con un Peter Higgs llorando tras el anuncio y la esperanza de que la confirmación de sus hipótesis lanzaran a la Física de partículas a una era de descubrimientos cada vez más apasionantes y reveladores. Gracias a este hito, hace diez años se pensaba que la humanidad estaba apunto de descifrar el gran enigma del origen de las cosas.

Una inversión cuestionada

Lo que estaba por venir parecía aún más emocionante. Después del Higgs, se esperaba que se abriera una puerta a un mundo desconocido. Cabía la posibilidad de que en los 27 kilómetros en forma de anillo del LHC chocasen otras nuevas partículas que podrían arrojar luz sobre los misterios del cosmos. Entre ellos, la materia oscura, invisible incluso a nuestros más avanzados instrumentos pero que se cree cinco veces más abundante que la ordinaria, la que sí vemos; la energía oscura, aún más misteriosa y responsable de la expansión acelerada del universo; o la naturaleza cuántica de la gravedad.

Pero en esta década la búsqueda no ha obtenido sus frutos y la travesía en el desierto es demasiado larga. Ni se han localizado las esperadas partículas supersimétricas, una de las posibles explicaciones a la materia oscura, ni miniagujeros negros ni mucho menos una buena pista para unificar las fuerzas de la naturaleza.

Hoy, 5 de julio, y después de tres años de parón por trabajos de actualización y mantenimiento, y el retraso por la pandemia, la gigantesca máquina ubicada bajo la frontera franco suiza comenzará su tercera ronda de actividad (Run 3) sin que haya salido de sus entrañas ninguna maravilla aparte del Higgs. Para algunos físicos, los resultados son claramente decepcionantes. Y la presión aumenta.*

El Bosón W y el descubrimiento que transformaría la física de partículas

Pero no hay que perder de vista que las principales críticas al LHC provienen de investigadores opuestos a los programas de investigación europeos. Científicos como Juan Collar, profesor de física en la Universidad de Chicago que trabaja en la detección de materia oscura en experimentos más pequeños y que apunta que: “El Higgs se consiguió a tiro hecho después de experimentos precursores en el CERN y Fermilab (laboratorio de altas energías en EE.UU.). La expresión inglesa para este tipo de hazaña es ‘cazar patos en un barril’. No hay que quitarle mérito, pero está claro que la enorme financiación para la construcción del LHC —requirió unos 5.000 millones de euros— jamás se hubiera obtenido para este único resultado”.

Sísifo y Futuro Colisionador Circular

¿Qué queda por aprender sobre el campo de Higgs y el bosón de Higgs diez años después? Mucho. ¿El campo de Higgs da también masa a los fermiones más ligeros o podría haber otro mecanismo en juego? ¿Es el bosón de Higgs una partícula elemental o compuesta? ¿Puede interactuar con la materia oscura y revelar la naturaleza de esta misteriosa forma de materia? ¿Qué genera la masa del bosón de Higgs? ¿Tiene ‘gemelos’ o ‘parientes’?

Encontrar las respuestas a estas y otras preguntas no sólo contribuirá a nuestra comprensión del universo en sus escalas más pequeñas, sino que también puede ayudarnos a desvelar algunos de los mayores misterios que encierra el universo en su conjunto, como por ejemplo, cómo llegó a ser como es y cuál podría ser su destino final.

Mientras que las respuestas a algunas de estas preguntas podrían ser proporcionadas por los datos recogidos durante el próximo e inminente Run 3 del LHC o en posteriores periodos de funcionamiento del acelerador, se cree que las respuestas a otros enigmas están fuera del alcance del LHC, requiriendo una futura “fábrica de Higgs”. Por esta razón, el CERN y sus socios internacionales están investigando la viabilidad técnica y financiera de una máquina mucho más grande y potente, el Futuro Colisionador Circular (FCC).

Pero quizá, en algún momento del camino deberemos detenernos a mirar si la lógica detrás de las inversiones millonarias que se justifican tras el descubrimiento de los nuevos enigmas, no son tan solo la continuidad del castigo que los dioses dieron a Sísifo por su “extraordinaria astucia”. Tal vez sea el momento de aceptarnos en un Universo abierto e inconmensurable y destinar esas inversiones a mejorar nuestro efímero paso por él. Parece absurdo seguir buscando nuestros orígenes, cuando todo lo que hacemos como humanidad nos lleva aceleradamente a nuestro inevitable final.

En cualquier caso, este aniversario debe servirnos para mejorar nuestra cultura científica, reconocerla como un campo de saberes apasionante, con avances extraordinarios y con un impacto enorme en nuestras vidas.

Con información de Agencia SINC y *Judith de Jorge de ABC  | Edición y notas del Colectivo Alterius