Física del estado sólido

El bosón de Higgs (“la partícula de Dios”) en 9 claves

Dos equipos del CERN tienen evidencias de una partícula que hemos perseguido durante décadas: el bosón de Higgs. 

Algunas cuestiones relacionadas con esta aventura científica: ¿qué es el bosón Higgs? ¿por qué es tan importante encontrarlo? ¿de dónde surgió el apodo “la partícula de Dios”? 


1.- ¿De qué está formada la materia? 

La materia esta formada por átomos. 

Un átomo es como un Sistema Solar en miniatura: tiene un gran núcleo central (compuesto por protones y neutrones) y a su alrededor giran los electrones. 

2.- ¿De qué estan formados los protones y los neutrones? 

Los protones y los neutrones están formados de unas partículas más pequeñas que se llaman quarks. 

Hay 6 tipos de quarks y fueron bautizados con nombres un poco extraños: el quark “arriba”, el quark “abajo”, el quark “encanto”, el quark “extraño”, el quark “cima” y el quark “fondo”. 

Un protón está formado por 2 quarks “arriba” y 1 quark “abajo”. Un neutrón está formado por 1 quark “arriba” y 2 quarks “abajo”. 

3.- ¿Y de qué están formados los electrones? 

Al contrario que los protones y los neutrones, los electrones son partículas elementales, es decir, no se pueden dividir más. 

4.- Vale, entonces el electrón y los quarks son partículas elementales, ¿cuál es el problema? 

El problema es que no comprendemos por qué estas partículas tienen masas tan diferentes. Por ejemplo, un quark “cima” pesa 350.000 veces más que un electrón. Para que os hagáis una idea de lo que significa este número: es la misma diferencia de peso que hay entre una sardina y una ballena. 


5.- ¿Cuál es la solución a este problema? 

En 1964, el físico inglés Peter Higgs, junto a otros colegas, propuso la siguiente solución: todo el espacio está relleno de un campo (que no podemos ver) pero que interacciona con las partículas fundamentales. El electrón interactúa muy poquito con ese campo y por eso tiene una masa tan pequeña. El quark “cima” interacciona muy fuertemente con el campo y por eso tiene una masa mucho mayor. 

Para comprender esto, volvamos a la analogía de la sardina y la ballena. La sardina nada muy rapidamente porque es pequeñita y tiene poco agua alrededor. La ballena es muy grande, tiene mucho agua alrededor y por eso se mueve más despacio. En este ejemplo, “el agua” juega un papel análogo al “campo de Higgs”. 

Si lo pensáis despacio, la teoría de Higgs es muy profunda pues nos dice que la masa de todas las partícula está originada por un campo que llena todo el Universo. 


6.- ¿Problema resuelto? 

No tan rápido, caballeros. En física, una teoría sólo es válida si podemos verificarla con experimentos. La historia de la ciencia está repleta de teorías hermosísimas que resultaron ser falsas. 

El campo de Higgs es sólo una teoría. Para comprobarla necesitamos encontrar la partícula asociada al campo de Higgs: el llamado “bosón de Higgs”. 

7.- ¿Por qué es tan difícil observar el bosón de Higgs? 

Cuando queremos detectar el bosón de Higgs nos enfrentamos a 2 problemas fundamentales: 

1) Para generar un bosón de Higgs, se necesita muchísima energía. De hecho, se necesitan intensidades de energía similares a las producidas durante el Big Bang. Por eso hemos necesitado construir enormes aceleradores de partículas. 

2) Una vez producido, el bosón de Higgs se desintegra muy rápidamente. Es más, el bosón de Higgs desparece antes de que podamos observarlo. Sólo podemos medir los “residuos” que deja al desintegrarse. 

Estos dos problemas son de una complejidad tan tremenda que para resolverlos hemos necesitado el trabajo de miles de físicos durante varias décadas. 

8.- ¿Y el término “la particula de Dios”? ¿Acaso no éramos científicos? 

El origen del apelativo “la partícula de Dios” es una de mis anécdotas favoritas en física. 

Allá por los años 90, Leo Lederman, un Premio Nobel, decidió escribir un libro de divulgación sobre la física de partículas. En el texto, Lederman se refería al bosón de Higgs como “The Goddamn Particle” (“La Partícula Puñetera”) por lo difícil que resultaba detectarla. 

El editor del libro, en un desastroso arranque de originalidad, decididió cambiar el término “The Goddamn Particle” por “The God Particle” y así “La Partícula Puñetera” se convirtió en “La Partícula de Dios”. 

9.- ¿Una vez se confirme la teoría de Higgs, la física de partículas se ha terminado? 

No. La detección del bosón de Higgs es sólo el comienzo de nuevas aventuras (¡los físicos seguiremos teniendo trabajo por mucho tiempo!). 

Todavía quedan decenas de problemas que estamos muy lejos de resolver. Algunos ejemplos: ¿qué es la materia oscura? ¿cómo formular una teoría cuántica de la gravedad? ¿los quarks y los leptones son verdaderamente partículas elementales o tienen una subestructura? ¿todas las fuerzas se unifican a una energía suficientemente alta? 

Al final, nuestro trabajo como científicos consiste en avanzar, aunque sólo sea un pasito, para que las generaciones futuras comprendan, un poquito mejor que nosotros, cómo funciona este hermoso Universo que nos rodea.