Seis años del hallazgo del bosón de Higgs, ¿y tú sin entender qué significa?

"¿Bosón de qué?" /Public Domain Pictures

Hoy se cumplen seis años desde que los científicos del LHC (Gran Colisionador de Hadrones), un acelerador de partículas de la Organización Europea para la Investigación Nuclear (CERN, por sus siglas en inglés), proclamaran el descubrimiento de la partícula de dios, como se le llama coloquialmente al bosón de Higgs, después de más de medio siglo de búsqueda. Pese a que, de un modo completamente inusual, este descubrimiento científico acaparó portadas en los medios de comunicación de todo el mundo, y la atención del público no especializado, es más que probable que aún no sepas muy bien qué importancia tiene esta partícula.

Para que nos entendamos fácilmente, el bosón de Higgs es una partícula elemental que permite explicar la diferencia entre las masas de las distintas partículas que componen la naturaleza. Pero antes de meternos en materia, vamos a hacer un repaso a lo que ya conocemos: la materia está compuesta por átomos. Estos átomos, a su vez, están formados por un núcleo central, que se compone de neutrones y protones, alrededor del cual giran los electrones. Sin embargo, los protones y neutrones no son las partículas elementales que se creía en un principio, es decir, están compuestos de otras partículas todavía más pequeñas, llamadas quarks. Estas, al igual que los electrones, sí que son indivisibles.

Las teorías que explicaban el funcionamiento de los protones y neutrones no terminaban de convencer a la comunidad científica de los años sesenta. Los físicos no entendían a qué se debían las enormes diferencias de masa entre las distintas partículas elementales. Por ejemplo, el quark ‘cima’ (uno de los seis tipos que existen) es 350.000 veces más pesado que un electrón. La diferencia entre un elefante africano y una hormiga, más o menos.

Los científicos se preguntaban a qué se debía semejantes diferencias, y qué es lo que determina la masa de cada partícula. Quien osó responderlas fue el físico británico Peter Higgs, quien con François Englert y Robert Brout, presentó en 1964 una teoría que aseguraba que todo el espacio está relleno de un campo que interacciona con las partículas elementales, y que esta interacción es la que les confiere masa. Como habrás adivinado, hablaba del ‘campo de Higgs’, que, según el científico, permea todo el universo.

Un campo invisible que nos rodea

Para continuar, hay que conocer que, además de los quarks, existen otras partículas elementales como muones, bosones o neutrinos, que se clasifican en dos grandes tipos: partículas de materia (fermiones) que constituyen la parte sólida de los átomos, como quarks, neutrinos, el electrón, el muón y el tau; y partículas de fuerza (bosones) encargadas de transmitir fuerzas entre estas partículas sólidas, como el fotón, asociado a la fuerza electromagnética; el gluón, a la fuerza nuclear fuerte que mantiene unidos a protones y neutrones en el centro del átomo, o los bosones.

La explicación más extendida para este campo es una analogía con el agua del mar. Según esta teoría, del mismo modo que una sardina interacciona muy poco con el medio y puede moverse rápidamente, y que una ballena, con un tamaño mucho mayor, interacciona con más agua, por lo que se desplazará más despacio; a nivel subatómico todo estaría permeado por un medio llamado campo de Higgs, que frena más a algunas partículas que a otras, que son las que más masa obtienen. Y si el agua está hecha de moléculas de H2O que no podemos ver, el campo de Higgs estaría formado por unas partículas de fuerza que los físicos denominaron “bosones de Higgs”.

Los fotones, por ejemplo, no interaccionan en absoluto con el campo de Higgs y por eso su masa es cero. Un electrón interacciona muy poco y su masa es mínima, y un quark se frena mucho y por eso contiene más masa. De esta manera, la masa sería el resultado de la interacción con el campo de Higgs.

¿Cómo encontrar a los bosones?

Pero sin hallar estas partículas no se podía demostrar que la teoría propuesta en 1964 era cierta, y esta es la razón por la que se construyeron los grandes aceleradores de partículas. El LHC del CERN, en la frontera franco-suiza es el acelerador y colisionador de partículas más grande del mundo. Es un anillo gigantesco en forma de túnel por el que se envían haces de protones en direcciones opuestas a una velocidad muy cercana a la de la luz. Cuando lo protones chocan a esta velocidad, el LHC consigue reproducir por fracciones de segundos las condiciones del Big Bang, de tal modo que se forman nevas partículas subatómicas, entre ellas el bosón de Higgs, que aparece instantáneamente y se desintegra muy rápidamente, antes de que pueda ser observado. De hecho, lo que se detecta en los experimentos no es el bosón de Higgs, sino los residuos que deja al descomponerse. La codiciada partícula se dejó ver por primera vez el 4 de julio de 2012, pero no se confirmó hasta la primavera de 2013.

Que los bosones de Higgs existan, implica que también existe un campo de Higgs permeando de todas las cosas y que la circulación de las distintas partículas a través de él les proporciona la masa. El descubrimiento supuso todo un acontecimiento en la comunidad científica porque constituye una victoria del Modelo Estándar de la Física, esto es, la teoría que engloba todos los conocimientos sobre el mundo subatómico. Este modelo predice qué partículas forman la materia y qué fuerzas interactúan entre ellas. Si este hallazgo no se hubiese producido, los físicos habrían tenido que asumir que algunos planteamientos eran erróneos y buscar explicaciones alternativas.

 

*Esta noticia se publicó originalmente el 5 de julio de 2017. 

Beatriz de Vera

Esta noticia ha sido publicada originalmente en N+1, tecnología que suma

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