Cuatro preguntas sobre el bosón de Higgs

Por Nicolás Jouve (Catedrático de Genética – Socio Fundador de CïViCa)

Sorprende la voracidad informativa y el excesivo trato de los medios de comunicación a la noticia del miércoles 4 de julio sobre el descubrimiento de la existencia de un nuevo tipo de partículas dentro del campo de la física cuántica. El anuncio tuvo lugar  en el marco de la Conferencia Internacional de Física de Altas Energías en Melbourne (Australia), cuando los portavoces de los experimentos de colisión de partículas subatómicas con el Gran Colisionador de Hadrones o LHC llevados a cabo en el CERN (Ginebra) anunciaron el descubrimiento del bosón de Higgs, nombre debido al físico británico Peter Higgs.
 
¿Para qué sirve el Gran Colisionador de Hadrones del CERN de Ginebra?

El Gran Colisionador de Hadrones, GCH (en inglés Large Hadron Collider, LHC) es un acelerador y colisionador de partículas desarrollado por el CERN (Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire). Se trata de una gran instalación creada ex profeso para este tipo de investigaciones en la proximidad de Ginebra, en la frontera franco-suiza. Su finalidad es la de estudiar la estructura de la materia. Fue diseñado para colisionar haces de hadrones, más exactamente de protones, siendo su propósito principal examinar la validez y límites del llamado Modelo Estándar.

De algún modo, la proliferación de partículas que habían ido surgiendo en el campo de la física desbordó las previsiones de los científicos, que a principios de los setenta desarrollaron el Modelo Estándar. Este es el marco teórico de la física de partículas y la explicación más completa -aunque ciertamente compleja- del funcionamiento del universo y de los elementos que lo componen. Con este modelo se pretende explicar cuáles son los componentes de la materia y las fuerzas con las que interactúan (electromagnética, nuclear fuerte, nuclear débil y gravitatoria). La existencia de todas las partículas propuestas por el modelo ha sido desvelada a lo largo de las últimas décadas, salvo una, el bosón de Higgs.

Según había predicho en 1964 Peter Higgs, todo el Universo estaría impregnado de un misterioso campo que no podemos ver y que en honor a Peter Higgs se ha denominado «campo de Higgs». Este campo, un inmenso océano de energía cuántica que ocuparía todo el universo,  tendría asociado una partícula, el famoso «bosón de Higgs», que interaccionaría con las partículas elementales, dándoles su masa. 

La mayor y más potente máquina construida por el hombre, capaz de romper la  materia con una fuerza que nunca antes fue experimentada haría que el misterioso bosón manifestara sus propiedades.

Aplicado a la búsqueda de los bosones. estos se revelan con unos niveles de energía comparables a los del Big Bang. Para el hallazgo de los bosones se han utilizado dos potentes detectores de partículas del LHC: ATLAS (A Toroidal LHC Apparatus) y CMS (Compact Muon Solenoid). El CMS, ha mostrado una señal alrededor de los 125 GeV (125 Gigaelectrónvoltios) y con una significación estadística de 5 sigmas (lo que supone una fiabilidad estadística del 99.99995%). Se trata de la partícula buscada, el bosón de Higgs.

Colisión protón-protón en el experimento CMS con resultado de cuatro muones de alta energía (líneas rojas). Podría informar sobre la desintegración de un bosón de Higgs, pero también producirse por otros procesos físicos. Imagen: CMS/CERN.

¿Cuál es la trascendencia del descubrimiento? 

El bosón de Higgs completa el Modelo Estándar de la Física. Pero el descubrimiento no cambia nada. Solo aporta un dato más. Nos da un conocimiento más preciso y completo de la estructura de la materia. El bosón es la partícula que la teoría considera responsable de la masa de todas las demás partículas y sin la que el Universo, sencillamente, no existiría tal y como lo conocemos. Los bosones conforman un campo de energía que permea todo el Universo. La masa que tienen las partículas se traduce en la resistencia encontrada al moverse por el campo de Higgs. Algunas partículas, como los fotones, no tienen masa y pueden viajar a la velocidad de la luz. Pero esa es una excepción. Todas las demás, los protones, electrones, neutrones, etc., viajan más despacio porque encuentran esa resistencia e interactúan con los componentes mínimos del campo de Higgs, es decir, los bosones. 

¿Por qué se le llama la partícula de Dios?

La ciencia permite avanzar en el conocimiento pero se debe huir de las interpretaciones absolutas que convertirían a la ciencia en ideología. Con los nuevos datos se avanza en la correcta dirección de la ciencia y de nuestra capacidad para buscar el sentido de la realidad. Nada incompatible con el deseo de Dios para el hombre: «dominar los peces del mar, las aves del cielo y todo animal que serpentea sobre la Tierra» (Gn 1,28)

El bosón sería el responsable de que todas las demás partículas que componen el universo tengan masa. Sin el bosón el universo habría seguido siendo un caldo de pura energía, y no se habría convertido nunca en materia. Para Stephen Hawking: «el descubrimiento de la estructura del mundo es poco más o menos como entender “la mente de Dios”». Pero esto no supone que tengamos la capacidad de crear algo. Con la confirmación de la existencia del bosón de Higgs no se crea nada, sino que se avanza en el conocimiento de algo.  El bosón permite entender "cómo hizo Dios el mundo", no "por qué lo hizo".

Tras el descubrimiento del bosón de Higgs ¿qué cuestiones quedan por resolver?

Podríamos decir que ahora podemos entender mejor el origen de la materia pero que hay que relacionar este descubrimiento con la composición y el comportamiento del Universo: ¿cuál es la relación de las partículas de Higgs con la materia ordinaria (4%) y la materia oscura (23%)?; ¿tienen que ver las partículas de Higgs con lo que no es materia (73% restante)? El destino del Universo, como se sabe desde hace décadas, depende en gran medida de la cantidad de materia y de energía oscura que haya en él ¿continuará para siempre su expansión o se detendrá alguna vez para dar inicio a una fase de contracción?

Como ocurre siempre con los avances de la ciencia… tras un descubrimiento se abren nuevas interrogantes. Quedan pendientes muchas y nuevas  preguntas. Esto es lo más atractivo de la ciencia.