Por: Arody Rangel

La maldita partícula: el bosón de Higgs

Hacia el siglo V antes de nuestra era, un hombre llamado Leucipo, filósofo de Mileto, y otro de nombre Demócrito, filósofo de Abdera, señalaron que el átomo era el origen de todas las cosas. Su respuesta venía a cuento de una pregunta que otros, antes y después de ellos, se habían planteado, a saber: ¿cuál es el principio, origen, causa o razón de ser de todas las cosas? Otros habían señalado algún elemento de la naturaleza como causa de todo lo que hay, ya fuera el agua, el aire o el fuego; Leucipo y Demócrito, contrarios a la idea predominante que señalaba que la materia podía dividirse infinitamente en partes más pequeñas, establecieron que todo lo que existe está compuesto por átomos, que en griego significa indivisible, esto es, que las cosas están conformadas por otras muchísimo más pequeñas, pero indivisibles en otras más. También señalaron que los átomos ocupan el vacío y que, según su atracción o repulsión, las cosas se constituyen o destruyen obedeciendo a la ley de la necesidad.

El átomo quedó en el olvido hasta el siglo XVIII, cuando el científico John Dalton propuso su modelo atómico bajo las siguientes premisas: que la materia está compuesta por piezas pequeñísimas e indivisibles, átomos; que cada elemento químico tiene sus propios átomos; que, al combinarse los átomos de dos o más elementos, surgen los compuestos y que las reacciones químicas tienen lugar cuando los átomos se reorganizan; el átomo, para Dalton, además de ser indivisible, era indestructible. Este modelo atómico marcó una nueva ruta de investigación científica y se encuentra a la base del modo como comprendemos el universo. El esquema de Dalton fue reemplazado al descubrir partículas más pequeñas en la conformación de los átomos, los protones y electrones, que a su vez están conformados por partículas más elementales.

Actualmente, la ciencia trabaja bajo el modelo estándar de la física de partículas, el cual describe el modo como funcionan las partículas elementales que conforman todo en el universo —bueno, casi todo— y la forma en la que interaccionan. Este modelo parte de lo siguiente: el átomo no es fundamental, sino que está compuesto de otras partículas que a su vez no están compuestas de nada más, las partículas fundamentales o elementales. Éstas se agrupan en dos familias, los bosones y los fermiones; los bosones son partículas que transmiten las fuerzas fundamentales, como el electromagnetismo o la gravedad. Los fermiones se dividen en dos familias a su vez, los quarks y los leptones, que al agruparse dan lugar a sistemas más complejos: los quarks forman neutrones y protones, esto es, el núcleo de los átomos; por su parte, los electrones que orbitan los núcleos atómicos son leptones al igual que los neutrinos, que están presentes en todo el espacio; así pues, los fermiones entran en la conformación de los átomos y las moléculas, ni más ni menos que de toda la materia.

Aunque parezca sencillo, este modelo da cuenta de un universo muy variado y complejo, difícil de comprender. Una de las grandes incógnitas del modelo estándar era la siguiente: ¿cómo adquieren su masa las partículas elementales?, esto es, ¿cómo es que la materia tiene masa? La cuestión es de vital importancia, ya que la masa es una propiedad intrínseca de la materia, de lo que está hecho el universo y es fundamental para comprender cosas como la gravedad.

En la década de 1960 los científicos Robert Brout, François Englert y Peter Higgs postularon el campo de Higgs para explicar cómo es que las partículas tienen masa: este campo simétrico presente en todo el espacio tiene la peculiaridad de interactuar con las partículas de forma distinta según la masa que éstas poseen: si la interacción es fuerte, la partícula en cuestión tiene más masa, y si la interacción es débil, tiene menos masa; hay otras partículas que no interactúan con el campo, los bosones, gracias a los cuales se transmiten las fuerzas fundamentales, pero que carecen de masa. Además, Higgs predijo la existencia de una partícula, el bosón que lleva su nombre, responsable de dotar de masa a las otras partículas al quebrar la simetría reinante en los primeros instantes del universo. Pero no bastaba con predecirlo, ese bosón de Higgs tenía que aparecer.

Con este propósito se construyó el LHC, el gran colisionador de hadrones, inaugurado en el 2008. Como su nombre parece indicarlo, en el LHC se aceleran hadrones —protones, para los cuates— a una velocidad muy cercana a la de la luz para hacerlos colisionar —semejando un estallido similar al big bang—, la idea es que como resultado de esa colisión se puede obtener un bosón de Higgs, pero esto no fue nada sencillo: en primer lugar porque las colisiones dan como resultado también la presencia de otro tipo de partículas y en segundo lugar, porque el Higgs no se puede detectar directamente, sino sólo el rastro que deja tras de sí. Gracias a los programas ATLAS y CMS que se dieron a la tarea de depurar, interpretar y sistematizar los datos obtenidos en el LHC, y tras años de experimentación, el 4 de julio del 2012 el CERN anunció que se había obtenido evidencia suficiente de la existencia del bosón de Higgs. Con esto se completó el modelo estándar de la física de partículas que, hasta ahora, es nuestra mejor forma de explicar el universo.

Pero, siempre hay un pero…

Si bien con el hallazgo del bosón de Higgs podemos decir sin más que la masa es la acción del campo de Higgs sobre la materia, aún quedan varias cosas por resolver. Por ejemplo, la interacción con el campo de Higgs no produce toda la masa del universo: las manifestaciones de la energía también pesan, “tienen masa” y su origen no está en el Higgs.


De partícula maldita a partícula divina

Al bosón de Higgs se le conoce como “partícula de dios”, pero nada que ver con el todopoderoso. Este nombre es resultado de una exitosa estrategia de ventas: el Nobel de Física Leon Lederman escribió en 1993 un libro de divulgación científica que contaba la historia del hasta entonces escurridizo bosón de Higgs, el título original del libro era The Goddamn Particle, la maldita partícula —por aquello de que era súper difícil de encontrar—, pero en la editorial le sugirieron el título más vendedor The God Particle, la partícula de dios. Aunque el contenido del libro de Lederman es muy valioso, ningún científico serio hace caso del nombre “partícula de dios” para referirse al maldito bosón de Higgs.