LA MALDITA PARTÍCULA: EL BOSÓN DE HIGGS

Norma Ávila Jiménez

La maldita partícula: ese era el título que el Premio Nobel de Física 1988, Leon Max Lederman, le iba a dar a su libro publicado en 1993, pero al coautor, el escritor Dick Teresi, le pareció de mal gusto y le sugirió otro. Aunque éste tenía un matiz religioso, Lederman, un ateo declarado, no le dio importancia. Consecuencia: La partícula divina. Si el Universo es la respuesta, ¿cuál es la pregunta? ha resultado ser uno de los textos de divulgación científica más vendidos hasta la fecha. Todo lo que se relaciona con Dios –hasta la física de partículas–, casi siempre asegura un “éxito en taquilla”.

Esta anécdota me la platicó el doctor Gerardo Herrera Corral, líder del comité de físicos mexicanos que trabajan en el Centro Europeo de Investigación Nuclear (CERN, por sus siglas en francés, Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire), cuando le pregunté de dónde provenía la divinidad asignada al bosón de Higgs, partícula atómica que es el tema principal del libro citado, y que el pasado 4 de julio captó los reflectores de los medios. No se debió a que la hayan canonizado (que tal vez deberían hacerlo), sino a que investigadores del CERN –ubicado en la frontera entre Suiza y Francia–, ese día dieron a conocer su posible detección, con ayuda de los instrumentos ATLAS y CMS. El pasado 9 de enero, en su presentación de año nuevo, Rolf Heuer, director del CERN, subrayó la alta probabilidad de que la partícula descubierta sí sea el bosón de Higgs (cabe recordar que a fines de diciembre del año pasado, integrantes de los equipos ATLAS y CMS informaron que sólo hay un 0.00001 por ciento de probabilidades de que no lo sea), o tal vez una de varias.

Es la última pieza del rompecabezas denominado Modelo Estándar, teoría que intenta describir a las partículas que conforman el cosmos –incluyéndonos– y sus interacciones. Si se comprueba su descubrimiento, se podría estar cerca de entender, entre otras cuestiones, la razón por la cual, en su “inicio”, el universo del que formamos parte se infló de forma desbocada en fracciones de segundo. Pero, ¿qué son los bosones?

Que el bosón esté contigo

“Como la mayoría sabe, nosotros, los objetos, las estrellas, en fin toda la materia, está hecha de átomos y éstos están conformados por partículas”, indica el doctor Arturo Menchaca, investigador del Instituto de Física de la UNAM, y quien participa en el CERN con un grupo de investigadores nacionales que utilizan a ALICE, otro instrumento que, como ATLAS y el CMS, está colocado dentro del Gran Colisionador de Hadrones (LHC, por sus siglas en inglés, Large Hadron Collider), acelerador donde se llevan a cabo choques de partículas.

Subraya que las partículas integran dos grupos: los fermiones y los bosones. Los primeros incluyen a los quarks y a los leptones –catalogados como neutrinos, electrones, muones y tauones–, y se les considera los constituyentes esenciales de la materia, los ladrillos del cosmos. Esta materia interacciona entre sí a través de las cuatro fuerzas fundamentales presentes en el universo: la electromagnética, la nuclear débil (presente en distancias muy, pero muy cortas), la nuclear fuerte y la gravitacional y, para poder hacerlo, necesita la intervención de los bosones. Éstos –divididos en fotones, gluones, bosón Z, bosón W y bosón de Higgs–, son los mediadores.

En un artículo publicado en la Revista de la Universidad de México de octubre de 2012, Menchaca cita como ejemplo al átomo de hidrógeno, conformado por un electrón y un protón (estructurado por tres quarks). Estas partículas se mantienen unidas por la fuerza electromagnética, pero al interactuar con otros átomos puede provocar la separación entre el electrón y el protón. Para que esa separación de partículas se logre, se requiere de energía, y ésta toma la forma del fotón, que como ya se señaló, es un tipo de bosón. Otro ejemplo, relacionado con la fuerza nuclear fuerte, es el de los gluones, bosones encargados de mantener unidos a los quarks dentro del núcleo de los átomos. En la saga de La guerra de las galaxias, los jedis no bromean al decir “que la fuerza esté contigo”. ¿O deberían decir “que el bosón esté contigo”?

Su nombre se debe al físico inglés Peter Higgs, quien, entre otros científicos, lo propuso en 1964 para explicar por qué las partículas tienen masa. “Planteó la existencia de un campo de fuerzas (el campo de Higgs) omnipresente que interacciona con todas las partículas provocándoles una inercia (masa)”, asegura el investigador universitario. ¿Que qué?... Eso se preguntó William Waldegrave en 1993, cuando era ministro de Ciencia del Reino Unido y, para que le quedara claro cómo funcionaba este bosón de Higgs, decidió convocar a un concurso entre físicos; quien se lo explicara en una hoja, ganaría una botella de champaña, señala el doctor Gerardo Herrera, investigador del Centro de Investigación y Estudios Avanzados del IPN y quien, además, participa, junto con otros científicos de la citada institución y de la UNAM, en experimentos en el detector ALICE, ubicado en el LHC.

David Miller fue quien destapó la champaña y su texto ha sido retomado en diferentes versiones. Resumo el texto original, que tituló Una explicación cuasi-política del bosón de Higgs, y lo divide en dos partes: El mecanismo de Higgs y El bosón de Higgs. En la primera parte describe que en un salón, donde se lleva a cabo un coctel, los asistentes –funcionarios políticos–, están distribuidos de manera uniforme (esto sería el equivalente al campo de Higgs), cuando de repente entra la ex primer ministra. Los funcionarios son atraídos por ella (me da trabajo imaginar que fuera la Thatcher) y la rodean. Debido al gran acercamiento de ese puñado de personas, la ex primer ministra “adquiere” una gran masa y por lo mismo, tiene más inercia. Esto es, que le da más trabajo frenarse si está avanzando y, al contrario, si está parada, esa “gordura” recién obtenida le dificulta empezar a desplazarse.

Miller extrapoló ese ejemplo de la física de los cuerpos sólidos; subraya que cuando un electrón se desplaza entre átomos que forman cristales, los atrae incrementando su masa hasta cuarenta veces. Esto lo ocasiona el campo de Higgs, que se supone permea todo el Universo. “Lo necesitamos, porque de otra forma no podemos explicarnos por qué los bosones Z y W, presentes en la fuerza nuclear débil, son tan pesados, mientras que el fotón, que actúa en la fuerza electromagnética, no tiene masa”, enfatiza el físico británico.

En la segunda parte de su texto, invita a visualizar el mismo espacio, con las mismas personas disfrutando del coctel. Alguien se asoma por la puerta del salón, dice algo a los más cercanos a esa puerta, y el rumor empieza a “correr” a través de ese espacio, dando lugar a la concentración de diversos grupos de personas –las que están recibiendo y pasando el rumor, y que vendrían siendo el equivalente a los denominados grumos del campo de Higgs–, hasta que llega al otro lado del salón, donde está la ex funcionaria. Esos grumos que acarrean el rumor incrementan todavía más la masa a la ex mandataria. Así se comporta la partícula boson de Higgs –los grumos– en el campo de Higgs.

Monet y los detectives de partículas

¿Cómo detectaron los investigadores del CERN la partícula que posiblemente sea el famoso bosón? En La partícula divina. Si el Universo es la respuesta, ¿cuál es la pregunta?, Lederman hace una exquisita comparación: la del impresionista Claude Monet cuando pintaba su serie sobre la catedral de Rouen, con la tarea de los físicos detectives de partículas. El artista francés capturaba con su pincelada suelta y nerviosa la luz del sol en diversos momentos: cuando esa estrella estaba en el cenit, cubierta por neblina, o al momento de ponerse, entre otros ejemplos, lo que inevitablemente se reflejó en una amplia paleta de tonalidades. “A cada una de esas luces se exhibe un aspecto diferente de la verdad. Los físicos trabajan con el mismo enfoque. Nosotros empleamos partículas diferentes: un flujo de electrones, un flujo de muones o de neutrinos, a energías siempre cambiantes. Necesitamos toda la información que podamos obtener.”

En los grandes aceleradores como el LHC, se hacen chocar haces de partículas para obtener información de manera indirecta. “De una colisión se sabe qué sale (el haz de luz). ¿Qué pasa en el minúsculo volumen de la colisión? La desquiciadora verdad es que no podemos verlo. Es como si una caja negra cubriese la región de colisión. En el mundo cuántico, fantasmagórico, lleno de reflejos, los detalles mecánicos internos de la colisión, no son observables –apenas si somos capaces siquiera de imaginarlos. Lo que tenemos es un modelo de las fuerzas que actúan y, donde sea pertinente, de la estructura de los objetos que chocan”, explica Lederman.

Los físicos deducen lo que sucedió y lo analizan de acuerdo a lo que predice el modelo estándar para ver si empata. Además, el tiempo de vida de las partículas es extremadamente corto, lo que también dificulta su observación. El bosón de Higgs “vive” un zeptosegundo, esto es, la miltrillónesima parte de un segundo (de seguro el lector frunció el entrecejo y medio cerró los ojos al imaginar este lapso).

Lo que se observa son las huellas, y en el caso de la partícula que se detectó durante la investigación dada a conocer el pasado 4 de julio, fue su decaimiento (radiación, transformación) en dos fotones o en cuatro muones. Está predicho que el bosón de Higgs tiene ese comportamiento, puntualiza el doctor Gerardo Herrera.

Cinco meses antes de que se hiciera el citado anuncio, este investigador, junto con un equipo de especialistas mexicanos, hicieron una propuesta para determinar el mecanismo que produce al Higgs cuando colisionan dos protones. En el detector ALICE –que no está estructurado para registrar esa partícula–, y utilizando lo que se denomina física difractiva, este equipo trabajó con otra, un mesón, que es la fusión de un quark y un antiquark, y que sigue el mismo camino que da lugar al famoso bosón. “Desde 2011 mostramos los primeros eventos, muy relevantes, porque van a permitir extrapolar el método utilizado en ALICE para medir las propiedades del Higgs de manera muy precisa.” Para optimizar esta investigación, especialistas del Cinvestav, la Universidad de Sinaloa y el CERN, están construyendo el nuevo Detector ALICE, con el cual se podrá desarrollar física difractiva y, por lo tanto, determinar con mayor exactitud cómo se genera el bosón aludido.

Susy, la dimensión desconocida y la teoría de la inflación

En su mensaje de año nuevo, el director del CERN aseguró que conocer las propiedades del Higgs podría ofrecer información importante sobre la materia oscura del universo (no se observa y sólo se detecta por los efectos gravitacionales ocasionados a otros cuerpos celestes), así como de la energía oscura (fuerza gravitacional que repele los objetos cósmicos). Además, podría apuntalar nuevas propuestas, como la teoría de la supersimetría o Susy, la cual, según Lederman, “predice nada menos que una duplicación del número de partículas (propuestas por el Modelo Estándar), añadiendo un bosón que acompañe a cada fermión y un fermión que acompañe a cada bosón. La nomenclatura es terrorífica”. El Modelo Estándar no tiene la última palabra y en un futuro cercano podríamos estar en el umbral de una dimensión desconocida, como lo postula Susy.

Asimismo, se estará mucho más cerca de entender cómo fue que durante su génesis, el universo, de tener menos del tamaño de un protón (un punto seguido de 15 ceros y un uno, metros), en una fracción de segundo (un punto seguido de 33 ceros y un uno, segundos), creció al tamaño de una bola de golf… y el cosmos continua expandiéndose.

Algunos físicos señalan a la energía oscura como la generadora de esa inflación; otros, como Lederman, hacen hincapié en un universo impregnado de un campo de Higgs con tal energía, que impulsó una expansión muy rápida. Asegura que podría decirse: “En el principio había un campo de Higgs.” Tal vez por eso aceptó que Teresi bautizara a la partícula como “divina”.

(LA JORNADA/Norma Ávila Jiménez/24/02/2013 10:41)