13 jul 2020

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Importante avance de la física

El grial de los físicos

El bosón de Higgs es la pieza que falta en el rompecabezas de la teoría más fundamental de la física, el Modelo Estándar, para explicar por qué los objetos tienen masa.

Michele Catanzaro

1¿Por qué este elemento es tan importante? 

La partícula más buscada por los físicos, el bosón de Higgs, es esencial para entender por qué los objetos tienen masa y es la pieza que falta para que se aguante la teoría más fundamental de la física actual, el Modelo Estándar. Fue el premio Nobel Leon Lederman quien la apodó «la partícula de Dios», para resaltar su importancia para la ciencia. Aunque parezca mentira, la existencia de la masa (la propiedad que, junto con la aceleración de gravedad, hace que los objetos tengan peso) sigue siendo un misterio. El Modelo Estándar describe con precisión el funcionamiento de las partículas más pequeñas de la materia y de sus interacciones, pero paradójicamente esta teoría funciona bien solo si se asume que todas las partículas tienen masa nula. Para arreglar este fallo, en 1960 el físico británico Peter Higgs sugirió la existencia de una partícula cuya acción generaría la masa. Los bosones de Higgs crearían un campo que, interactuando con las otras partículas, les daría la propiedad de tener masa. Si esta partícula no existiera, el Modelo Estándar se debería revisar completamente.

2 ¿Cómo se detecta una partícula de este tipo? 
Si el bosón de Higgs existe, se debería observar entre los productos de las colisiones entre partículas que se producen en el Gran Colisionador de Hadrones (LHC) de Ginebra. En este aparato, se producen colisiones de protones, partículas de carga positiva que se hallan en el núcleo atómico y forman parte de una familia de partículas llamadas hadrones. Dos haces de protones son acelerados con energías altísimas y corren en sentidos contrarios en el anillo de 27 kilómetros del LHC. En diversos puntos, los haces se encuentran, las partículas se rompen en el choque y sus constituyentes más pequeños salen disparados. Los científicos observan estos productos de la colisión para detectar partículas desconocidas. La especialidad del LHC es que produce choques con alta densidad de energía en el minúsculo espacio ocupado por los protones. Esta es una situación parecida a la de pocas milésimas de segundo después del big bang. Hacen falta 100 millones de millones de colisiones para que se produzca un solo bosón de Higgs, por eso es tan difícil confirmar su existencia.

3 ¿Cuáles son las aplicaciones de estos estudios?  
Televisores, transistores, ordenadores y aparatos médicos no existirían sin los estudios de rayos X, catódicos, alfa y beta, es decir, las investigaciones que han desembocado en el LHC y la búsqueda del bosón de Higgs. El descubrimiento de esta partícula no tendría aplicaciones inmediatas en la tecnología o en la salud; sin embargo, algunos de los descubrimientos clave del siglo pasado han sido efectos colaterales de la investigación de las propiedades fundamentales de la materia. Entre otros, el World Wide Web, el sistema que se utiliza para navegar en Internet, se inventó en el CERN, durante un experimento anterior que utilizaba el mismo túnel del LHC. Para los experimentos actuales se ha desarrollado el GRID, una especie de internet de élite a la que de momento se conectan centros especializados, pero que en un futuro se podría abrir al público. En 1977, el CERN obtuvo la primera imagen de tomografía por emisión de positrones (PET), una técnica que hoy se usa en miles de hospitales para visualizar el cerebro humano y que nació para alcanzar objetivos de investigación abstracta.

4 ¿Cómo puede cambiar la ciencia a partir de ahora? 
«Sería muy amable por parte del bosón de Higgs que estuviera en el lugar donde lo buscamos»,
dijo ayer la portavoz del experimento Atlas Fabiola Gianotti. «Estamos midiendo o bien el bosón de Higgs, o bien ruido de fondo», añadió el portavoz de CSM, Guido Tonelli. Los científicos dejan abiertas todas las posibilidades. Si las medidas no confirmaran la existencia del bosón, entonces tomaría fuerza un conjunto de teorías candidatas a sustituir el Modelo Estándar. Pero también si se confirmara la observación, se deberían investigar en profundidad los detalles de la partícula: si presentara propiedades anómalas, se debería revisar la teoría básica. En todo caso, el cometido de LHC no se acaba con el Higgs.

Las partículas supersimétricas son otro objetivo de las observaciones:estos objetos, nunca observados, podrían ser los constituyentes de la materia oscura cuya existencia se ha detectado en el universo. Otro asunto son las dimensiones extra: según las teorías físicas más atrevidas, el Universo tendría unas dimensiones no detectadas que explicarían fenómenos anómalos.