La ‘partícula de Dios’ se esconde de los físicos

"Lo sabemos todo sobre el bosón de Higgs excepto si existe". Con esa aparente paradoja, explicó el lunes el director general de la Organización Europea para la Investigación Nuclear (CERN), Rolf Heuer, los avances logrados en la búsqueda de la también llamada partícula de Dios. Aunque la mayoría de los físicos odian este sobrenombre, ayuda a mostrar la importancia de esta partícula, predicha hace casi 50 años pero aún no detectada. La física moderna, y de ahí nuestra comprensión del universo, se apoya en una teoría que necesita de este corpúsculo para su validación completa. Lo que no tienen claro los científicos qué es mejor para la ciencia, encontrarlo o no.

Para su búsqueda, el CERN construyó la herramienta científica más grande y cara jamás fabricada por el hombre, el Gran Colisionador de Hadrones (LHC), inaugurado en 2008. Con un presupuesto de más de 7.500 millones de euros, el corazón del LHC es un túnel circular subterráneo de 27 kilómetros que discurre por la frontera franco suiza. Mediante grandes imanes superconductores acelera dos haces de protones (son, junto a los neutrones, las partículas compuestas de quarks, es decir hadrones, más conocidas)  que viajan en sentidos opuestos hasta llevarlos casi a la velocidad de la luz. Después los hace chocar entre sí provocando la aparición de nuevas partículas. Una de ellas, confían que sea el bosón de Higgs.

Nombrado así en honor de su postulador, el físico Peter Higgs, se trata de la única partícula del Modelo Estándar de la física de partículas predicha pero no detectada. Esta teoría, formulada en los años 70, combina los dos mayores aportes de la física del siglo XX: la mecánica cuántica y la teoría especial de la relatividad. Su pretensión es la de describir las interacciones que establecen las partículas fundamentales (electrones, quarks, neutrinos, los distintos bosones...) que forman la materia del universo. Mientras otras predichas, como los bosones Z y W, acabaron apareciendo, el bosón de Higgs se resiste a ello. El hecho de que tenga una vida cortísima (se estima que se desintegra en otras partículas tras 0,0000000000000000000001 segundos de existencia) impide su observación directa. Lo que analizan los científicos son, digamos, sus restos. Otra dificultad para su obtención es que, siendo partículas de una gran masa, se necesita una gran cantidad de energía para conseguir uno. El LHC es el acelerador de partículas capaz de generar la mayor energía subatómica conseguida hasta ahora.

¿Qué hace tan especial al bosón de Higgs como para que alguno lo haya llamado la partícula de Dios? Para intentar entender su rol (algo que cuesta incluso a muchos científicos), antes hay que saber qué es el mecanismo de Higgs, idea igual de complicada que la del bosón homónimo. Tanto es así que, en 1993, el entonces ministro británico de Ciencias retó a los científicos a explicar en un lenguaje comprensible para los legos como funcionaba ese mecanismo.

El físico David Miller recogió el guante. Imaginó un salón lleno de políticos (que serían las distintas partículas) al que llegaba la ex primera ministra Margaret Thatcher aún entonces muy popular. Con su sólo paso, provocaba la atracción de los colegas de alrededor. Este fenómeno de apelotonamiento daba a la Thatcher una cantidad extra de masa. Este es el mecanismo de Higgs.

Según la teoría del Modelo Estándar, que se basa en este mecanismo, existe un campo de energía similar (simplificando mucho) al ya conocido campo electromagnético. Como él, está presente en todo el Universo y es el que da su masa a las distintas partículas que lo atraviesan. Los bosones de Higgs serían los mediadores que transfieren esta masa extra a cada partícula. Otra analogía compara el campo de Higgs con el agua que llena una piscina. Las distintas partículas toman su masa de ella, pero igual que la barracuda, con su forma de estilete, interacciona menos con el agua que una oronda ballena, cada tipo de partícula interacciona de forma diferente con el campo de Higgs. En el caso del agua, los bosones de Higgs serían sus incontables moléculas de H2O.

Un corolario de esta teoría es que, instantes después del Big Bang, que dio origen al Universo, el bosón de Higgs dio su masa al resto de partículas. De ahí su caracter divino, como creador de todo lo que vino después. Y por eso el empeño de los físicos en encontrarlo.

En una rueda de prensa dada el pasado lunes, dos de los equipos que están analizando los datos del LHC presentaron indicios de que habían detectado algo. El problema es que aún no están seguros de qué. Como ya se ha dicho, el bosón de Higgs no es fácil de detectar. Lo que están haciendo los físicos es acotar dónde buscarlo. Creen que debe aparecer en un rango de masa determinado donde han encontrado un exceso de eventos que les parece sospechoso.

Lo llamativo del caso es que los dos equipos, que trabajan de forma independiente en sendos detectores de partículas a ambos lados del LHC, han encontrado las mismas pistas. ¿Significa esto que han hallado el bosón de Higgs de una vez? No, en este terreno lo que cuenta es la verdad estadística, y aún no tiene pruebas suficientes para responder a la pregunta. De hecho, se han dado de plazo hasta el año que viene para descubrir entre la ingente cantidad de datos que genera el LHC (unos 15.000 terabytes al año) pistas suficientes para confirmar o descartar la existencia del bosón de Higgs.

Si lo encuentran, el Modelo Estándar saldrá reforzado como teoría para explicar el Universo. Pero para algunos científicos esta sería una mala solución. Esta teoría es, como reconocen los propios físicos, incompleta, entre otras cosas porque, de las cuatro fuerzas que rigen el Cosmos (la electromagnética, la nuclear fuerte, la nuclear débil y la gravitatoria), ésta última no forma parte del Modelo Estándar. Si el bosón de Higgs no aparece por ningún lado, los físicos tendrán que deshacer lo andado y reformular una nueva teoría que, esta vez sí, integre la fuerza de la gravedad.

El profesor de Física Pedro Gómez-Esteban explica muy bien lo que es el bosón de Higgs y el resto de partículas subatómicas en su blog de divulgación El Tamiz. Sin sus textos, el autor de este post aún pensaría que las partículas eran las tres que aprendió en la escuela: el electrón, el protón y el neutrón.