LA PARTICULA DE DIOS

EL BOSON DE HIGGS

La formacion del Universo.

Despues de buscarlo durante mas de 45 años, el boson de Higgs esta mas cerca que nunca. Y, con el, dicen, las respuestas a muchas de las preguntas pendientes sobre la formacion del Universo.

Por eso lo llaman la particula divina

Este miercoles, los cientificos del Centro Europeo de Investigacion Nuclear (CERN, por sus siglas en frances) anunciaron haber hallado la mas solida evidencia de su existencia.

Pero, ¿que es exactamente el boson de Higgs? Y, ¿por que los fisicos llevan mas de 40 años tras el?

BBC Mundo le explica los elementos clave alrededor de uno de los grandes misterios de la ciencia.

¿Que se anuncio este miercoles?

Los cientificos del CERN anunciaron el descubrimiento de una nueva particula coherente con el boson de Higgs.

Los dos equipos que investigan la particula aseguraron haber obtenido un golpe en sus datos que corresponderia a una particula con un peso de entre 125 y 126 giga electronvoltios (GeV), unas 130 veces superior al de un proton.

Los resultados son preliminares, pero la señal 5 sigma a unos 125 GeV que hemos visto es crucial. Es realmente una nueva particula, señalo Joe Incandela, vocero del CERN.

¿Cual es la importancia de este descubrimiento?

Este anuncio es, en palabras de los cientificos del CERN, la mas solida evidencia de la existencia de la particula de Higgs.

De momento, lo que se sabe con certeza es que se ha descubierto una nueva particula que encaja en lo que se esperaba del boson de Higgs.

Sin embargo, indican, si esa es la particula divina o una particula mas compleja es algo que no se sabe aun.

Una confirmacion seria uno de los mayores descubrimientos cientificos del siglo. El posible hallazgo del boson de Higgs fue comparada por algunos fisicos con el programa Apollo que llego a la Luna en los 60.

Pero, ¿que es el boson de Higgs?

De forma completamente segura –al menos hasta que se confirmen los descubrimientos anunciados esta miercoles por el CERN- solo existe en la mente de los fisicos teoricos.

Por ahora existe una teoria casi completa sobre como funciona el Universo en un sentido amplio: desde las particulas que componen los atomos y las moleculas de la materia que vemos hasta las mas extrañas.

Esa teoria se llama Modelo Estandar. Sin embargo, hay un enorme agujero en ella: no explica por que las particulas tienen masa.

El mecanismo de Higgs –una explicacion para justificar ese hueco en la teoria- fue propuesto por seis fisicos en 1964, entre ellos el britanico Peter Higgs.

El modelo estandar y el boson de Higgs

¿Que es un boson?

Un boson es uno de los dos tipos basicos de particulas elementales de la naturaleza (el otro tipo son los fermiones). La denominacion boson fue dada en honor al fisico indio Satyendra Nath Bose.

¿Por que importa?

El boson de Higgs es la pieza que falta para comprender el funcionamiento de la masa y, por extension, la forma como se cimenta el Universo.

La masa es, dicho de un modo sencillo, la medida de la materia que contiene algo: una particula, una molecula o una vaca.

Si no fueran masa, todas las particulas fundamentales que componen los atomos y las vacas se desvanecerian a la velocidad de la luz y el Universo tal como lo conocemos no habria podido constituirse en materia.

El mecanismo de Higgs propone que existe un campo que atraviesa el Universo –el campo de Higgs- que permite a las particulas obtener su masa. La interaccion con ese campo –con los bosones de Higgs que salen de el- otorgaria masa a las particulas.

¿Como buscan los cientificos el boson de Higgs?

Ironicamente, el Modelo Estandar no predice la masa exacta del boson de Higgs. Los aceleradores de particulas como el del CERN, situado entre Francia y Suiza, intentan buscar la particula de forma sistematica en una serie de rangos de masa en los que podria situarse.

El acelerador funciona haciendo colisionar dos chorros de particulas subatomicas –protones- a una velocidad cercana a la de la luz.

Eso genera una enorme lluvia de particulas que solo pueden crearse con altas energias. Los cientificos del CERN han esperado largamente que el boson de Higgs aparezca en algun momento en la maraña de esa lluvia de particulas.

Si se comportara como los investigadores creen que deberia hacerlo, podria descomponerse entre las demas, pero dejaria un rastro que probaria su existencia.

Pero esta no es la primera maquina en intentar cazar la particula. La maquina del LEP (Gran Colisionador de Electrones Positrones, por sus siglas en ingles) funciono entre 1989 y 2000 y descarto que la particula de Higgs se encontrara en un rango determinado de masa.

El acelerador Tevatron, en Estados Unidos, siguio buscando la particula por encima de ese limite antes de que lo desconectaran este año.

Los datos generados por ese aparato aun se estan analizando y podrian ayudar a confirmar o descartar la existencia de la particula.

El Gran Colisionador de Hadrones del CERN –el acelerador de particulas mas poderoso- es el experimento mas potente que podria arrojar luz en la caza de la particula de Higgs.

¿Cuando sabremos si encontraron la particula de Higgs?

Como con el resto de particulas fisicas, este es un punto delicado. El boson de Higgs podria aparecer en un rango de masas concreto y algunas señales –una especie de golpe en los datos como el anunciado este miercoles- podrian indicar que se encuentra ahi, entre el resto de particulas.

Asegurarse de que ese golpe se debe realmente a la particula de Higgs es otra cuestion.

Si se lanza una moneda 10 veces y ocho veces sale cara, podriamos pensar que la moneda esta trucada.

Pero eso solo se puede afirmar con cierta seguridad despues de haberla lanzado varios cientos de veces. Lo mismo sucede con los cientificos antes de que anuncien un descubrimiento formal. Necesitan haberlo comprobado repetidas veces.

¿Como sabemos que la particula de Higgs existe?

Hablando con rigor, no lo sabemos, y eso es lo que hace tan emocionante el trabajo del Gran Colisionador de Hadrones.

Simplificando, la teoria predice un Modelo Estandar de Higgs, que es el principal hilo conductor de la investigacion actual.

Pero la historia ha demostrado que las predicciones teoricas pueden equivocarse y la ausencia de la particula de Higgs podria sugerir que se encuentra en niveles de energia diferentes, que se descompone en otras particulas o, quiza, que no existe.

¿Que pasaria si no la encontramos?

Los fisicos mas estrictos dirian que encontrar una particula de Higgs que cumpliera de forma precisa la teoria actual, seria una decepcion

Proyectos a gran escala como el Gran Colisionador de Hadrones fueron construidos para ampliar el conocimiento.

En ese sentido, confirmar la existencia de Higgs justo donde se espera –aunque seria un triunfo para nuestro entendimiento de la fisica- seria mucho menos excitante que no encontrarla.

Si estudios futuros confirman definitivamente que Higgs no existe, la mayor parte del Modelo Estandar deberia ser revisada.

Eso lanzaria nuevas lineas de investigacion que podrian revolucionar nuestro conocimiento sobre el Universo de una manera similar a como lo hicieron las ideas de la fisica cuantica hace un siglo.

El hombre detras del nombre de la particula de dios

Hace tres años, cuando el Gran Colisionador de Hadrones se puso en marcha en el Consejo Europeo para la Investigacion Nuclear (CERN, por sus siglas en frances), pocas personas fuera de ese campo habian oido hablar de Peter Higgs.

Pero a medida que los expertos creian haber vislumbrado el esquivo Boson de Higgs, la particula que lleva su nombre, el profesor se hacia famoso en todo el mundo.

Este cientifico octogenario ha esperado pacientemente a que el mundo conozca sus ideas.

Su teoria sobre la existencia de la elusiva particula -o boson- surgio en 1964, en un momento de inspiracion mientras caminaba en los montes Cairngorms, en Escocia, Reino Unido. Sobre el tema escribio dos articulos.

El segundo fue rechazado inicialmente por la revista Physics Letters, lo cual lo molesto.

Mas tarde dijo que claramente no lo habian entendido, pero poco despues el texto aparecio en la Physical Review Letters, otra importante publicacion cientifica.

Sin protagonismo

A principios de 1970 el nombre de Higgs estaba asociado a trabajos academicos y conferencias sobre las teorias que el y equipos de Belgica y Londres habian estado investigando de manera independiente.

Y la particula objeto de estudios adquirio el nombre de Higgs.

Un ex colega, Profesor Emerito de la Universidad britanica de Oxford, Ken Peach, recuerda que regresaban de una conferencia en la que sus colegas cientificos se referian constantemente a Peter Higgs: Vi a Peter en el salon de cafe y le dije: Oye, Peter, eres famoso.

Su reaccion fue contenida, con una sonrisa timida.

Peter es un hombre sencillo, y creo que por muchos años se sintio un poco avergonzado por la atencion que recibia. Creo que con el tiempo se ha ido acostumbrando, añade el profesor Peach.

Sin embargo, no se ha acostumbrado del todo.

El periodista cientifico Ian Sample, autor de A la caza de la Particula de Dios, dice que Higgs rehuye al protagonismo.

Todavia a veces se retuerce cuando alguien menciona el boson de Higgs en su presencia, asegura.

A veces alude a 'la particula que lleva mi nombre' en tono de disculpas pues su nombre se ha aplicado a algo que es realmente el resultado del trabajo de muchas personas.

Nuevas teorias

Peter Higgs nacio en Newcastle, en el norte de Inglaterra, en 1929. Su padre era un ingeniero de sonido de la BBC.

Cuando su familia se mudo a la ciudad de Bristol, el resulto ser un estudiante brillante en la escuela secundaria de Cotham, en la que gano premios... excepto en la asignatura de Fisica.

Pero un dia, en una reunion aburrida, un nombre famoso en el tablero de honor de exalumnos, le llamo la atencion: el del Premio Nobel de fisica Paul Dirac.

La vida de Peter Higgs

1929 Nace en Newcastle upon Tyne, en Inglaterra.
1950 Premiado con honores en Fisica Teorica en el King's College, de Londres.
1964 Publica la investigacion que define lo que se conoceria como el Boson de Higgs.
1997 Recibe la Medalla Dirac y el un premio del Instituto de Fisica por su contribucion a la fisica teorica.
1997 Se le concede el premio de Alta Energia y Fisica de Particulas de la Sociedad Europea de Fisica.
2004 Recibe el premio de Fisca de la Fundacion Wolf.
2006 Se retira de la Universidad de Edimburgo.
2008 El Gran Colisionador de Hadrones es encendido en el CERN
2010 Recibe el Premio JJ Sakurai de la Sociedad Estadounidense de Fisica.

Peter no se conformaba con ir a clases y aprender lo que los profesores enseñaban, dice Ian Sample.

Se empezo a interesar en Dirac y en cuales eran los problemas de la fisica en ese momento.

Asi, Higgs se inclino por la fisica e ingreso en el King's College de Londres, donde estudio las nueva opciones teoricas.

Su compañero de estudios Michael Fisher -ahora profesor en la Universidad estadounidense de Maryland- recuerda que Higgs sobresalio en su primer examen sobre estas nuevas opciones.

Por lo que recuerdo analizo un problema de la mecanica cuantica basado en un articulo que se habia publicado recientemente.... e hizo un mejor trabajo con el problema que se creo para el en el examen de tres horas que el autor del articulo cientifico original, rememora.

Higgs se graduo con honores en 1950, y solicito un puesto de profesor en el King's College, pero fue su amigo Michael Fisher, quien consiguio el trabajo, por lo que se dirigio a Escocia.

Solo

Como investigador de 31 años de edad, en la Universidad de Edimburgo, la gente lo tachaba de chapado a la antigua, ya que estaba trabajando en algo que se veia como fuera de moda, dice Ian Sample.

Era un tipo de fisica que la gente consideraba que no iba a ninguna parte, pero el pensaba: 'Ellos no lo entienden como yo, y creo que es algo que vale la pena desarrollar', añade.

el estaba muy solo en esa tarea, y de no haberla desarrollado no habria ocurrido lo que ocurrio y nunca hubieramos oido hablar de el.

Fuera de los circulos academicos, sin embargo, Higgs no era muy conocido.

Durante los siguientes 20 años, el cientifico continuo escribiendo y enseñando, pero experimento dificultades tanto en su vida profesional como personal. Se caso, pero se separo de su esposa unos años despues del nacimiento de sus dos hijos.

Y algunos amigos sentian que Peter Higgs no lograba el tipo de impacto que se podria esperar de un cientifico de su calibre.

Yo no diria que era timido, sino que se retraia por el bien de su propia carrera, dice el profesor Michael Fisher.

Podria decir que, de haberse expuesto mas, habria sido mas conocido mucho antes.

Peter Higgs se retiro de la Universidad de Edimburgo en 2006, y observo la evolucion en el CERN desde la distancia, sin un televisor o una computadora. Rara vez contesto el telefono, a pesar de mantenerse al dia a traves de las revistas especializadas.

Higgs inspira a una nueva generacion de fisicos como Victoria Martin, quien fue su alumna en Edimburgo, y quien estaba con el cuando el personal de la universidad de esa ciudad se reunio para ver el anuncio en el CERN sobre la posible identificacion de la particula de Higgs.

Yo estaba sentada frente a el, y parecia muy satisfecho con la noticia. Probablemente yo estaba mas emocionada, pero el era discretamente feliz, expresa.

Y casi 50 años despues de que se rechazara la publicacion del articulo sobre lo que seria conocido como el Boson de Higgs, el profesor Ken Peach observa una grata coherencia en el hecho de que el laboratorio mas grande del mundo trate de demostrar lo que Peter Higgs sabia que era correcto desde el principio.

Algo que yo señalaria sobre Peter es su total coherencia, explica.

Su necesidad de entender como funciona el universo es consistente con el deseo de asegurarse de que el universo sea un lugar apto y digno para vivir, concluye.

Dentro de la maquina del Big Bang

BBC Mundo recorrio el Gran Colisionador de Hadrones en Ginebra, donde los cientificos estan redoblando sus esfuerzos por encontrar el elusivo boson de Higgs, que ayudaria a explicar el origen del Universo.

El mayor laboratorio de fisica de particulas del mundo se encuentra en la frontera franco-suiza, dentro de un tunel a unos 100 metros bajo tierra.

Dentro del Gran Colisionador de Hadrones se hacen chocar particulas subatomicas, con el fin de recrear la explosion que tuvo lugar cuando se creo el Universo.

BBC Mundo obtuvo acceso al tunel y logro filmar como funciona la llamada maquina del Big Bang, que en estos dias han redoblado sus esfuerzos por encontrar el elusivo boson de Higgs, que ayudaria a explicar el origen del cosmos.

Viaje por dentro del Colisionador en este video de BBC Mundo realizado por Liliet Heredero y Rafael Estefania.

¿Tenia razon Einstein?

Dudan que los neutrinos viajen mas rapido que la luz.

Un nuevo informe indica que las particulas subatomicas llamadas neutrinos no pueden desplazarse mas rapido que la velocidad de la luz.

Su conclusion pone en tela de juicio el resultado de un experimento efectuado en septiembre cuyas conclusiones, de ser ciertas, socavarian un principio fundamental de la fisica del ultimo siglo.

El equipo del laboratorio Gran Sasso en Italia dijo que midieron neutrinos mas rapidos que la luz enviados desde el Centro Europeo para la Investigacion Nuclear (CERN, por sus siglas en ingles) a 730 kilometros de distancia.

Ahora, en un nuevo informe, un equipo distinto del mismo CERN pone en duda el sorprendente resultado.

El equipo de Icarus, responsable del experimento del mismo nombre, dice que debido a que los neutrinos enviados desde el Cern no parecen haber liberado energia en su camino, no deben haber excedido la velocidad de la luz.

La idea de que nada se puede desplazar mas rapido que la velocidad de la luz es un principio central en la fisica moderna, dando forma entre muchas otras cosas a una parte fundamental de la Teoria de la Relatividad de Albert Einstein.

Dudas cientificas

Desde un principio hubo criticos que hablaron de algun tipo de falla en el experimento hecho con la colaboracion de Opera (Oscillation Project with Emulsion t-Racking Apparatus), que publico los primeros asombrosos resultados.

Una de las primeras objeciones con el experimento, cuyos resultados se publicaran formalmente dentro de cinco semanas, aparecio en la revista Physical Review Letters, en un articulo en el que aparece como coautor el premio Nobel de Fisica Sheldon Glashow.

La idea de que nada se puede desplazar mas rapido que la velocidad de la luz es un principio central en la fisica moderna.

El profesor Glashow y Andrew Cohen argumentaron que las particulas que se desplazan mas rapidamente que la luz deberian emitir mas particulas en su trayectorio, liberando energia hasta disminuir su marcha hasta la velocidad de la luz.

El equipo de Icarus ya midio la propagacion de energias en neutrinos, detectada en sus instrumentos subterraneos en el Gran Sasso.

Mostraron en un articulo en el archivo Arxiv que las energias de neutrino que midieron concuerdan con desplazamientos mas lentos que la velocidad de la luz.

Con la excepcion del documento teorico del profesor Glashow, ninguno de los resultados del equipo Opera o del Icarus han sido revisados por la comunidad cientifica y publicados formalmente.

Sin embargo, la trascendental naturaleza del descubrimiento ha generado una oleada de articulos o teorias para desafiar o apoyar la idea de que las particulas pueden viajar mas rapido que la velocidad de la luz.

Esta claro que el tema no quedara resuelto de forma concluyente hasta que otros experimentos en otras partes del mundo efectuen mediciones similares.

Se espera que el experimento Borexino, tambien en el Gran Sasso, el experimento Minus en EE.UU. y la instalacion de Japon T2k publiquen sus resultados de experimentos similares en los proximos meses.