El bosón de Higgs
El concepto de masa, tan utilizado en física, es esquivo en cuanto a su definición.
Según la mecánica clásica, la masa es “la cantidad de materia que posee un cuerpo”, y aparece como constante en la segunda ley de Newton, donde es la constante de proporcionalidad entre una fuerza y la aceleración que ésta produce sobre un cuerpo, y también aparece en la ley de la gravitación universal.
Todo es diferente para la física de partículas.
En el dominio de la física de partículas, las leyes que imperan son las de la física cuántica. Y para la física cuántica, las interacciones se producen cuando dos partículas, o una partícula y un campo cuántico intercambian una partícula intermediaria de la interacción. Por ejemplo, la interacción electromagnética entre dos electrones tiene lugar cuando éstos intercambian entre sí la partícula portadora de la interacción, en este caso, un fotón.
Las partículas portadoras de las interacciones fundamentales son los bosones. Para la fuerza nuclear fuerte, el gluón. Para la interacción electromagnética, como ya se ha comentado, el fotón. Y son dos los bosones portadores de la interacción nuclear débil: los bosones W y Z.
Ahora bien, ¿Qué dota de masa las partículas masivas? O más exactamente, ¿por qué algunas partículas – como los protones y los electrones – tienen masa, mientras que otras no, como el fotón?
La respuesta la tenemos en el campo de Higgs, y en su esquivo bosón.
Para explicar la propiedad de la masa de las partículas, el físico Peter Higgs propuso, en 1964, la existencia de un campo cuántico – el campo de Higgs – que impregna todo el espacio. Las partículas adquieren masa al interactuar con este campo, mediante bosones de Higgs. Incluso los propios bosones de Higgs adquieren masa al interactuar entre ellos.
De las partículas portadoras de interacciones, la existencia del fotón fue postulada, si no tenemos en cuenta la teoría corpuscular de la luz de Newton, a principios del siglo XX. Los gluones, cuya existencia fue postulada en 1962 por Murray Gell-Man, fueron detectados en 1979. Los bosones W y Z fueron postulados en el marco de la teoría electrodébil por Glashow, Salam y Weinberg en los años 50, fueron observados experimentalmente en 1983.
El bosón de Higgs, en cambio, no ha sido observado hasta el 12 de julio de este año, en que un equipo del CERN, usando el Gran Colisionador de Hadrones (LHC), observó una partícula “consistente con el bosón de Higgs”. ¿Por qué ha tardado tanto tiempo en ser detectado?
La causa de esa gran dificultad en la observación del bosón de Higgs es la gran cantidad de energía necesaria para crearlo. La masa del bosón de Higgs es cientos de veces la masa de un protón (aproximadamente 125 GeV, por 0,938 GeV del protón). Eso quiere decir que, si hacemos colisionar protones para intentar producir bosones de Higgs, su energía ha de ser enorme y, por lo tanto, la velocidad a la que se mueven los protones cuando se produce el choque, cercana a la de la luz.
Ésta es la razón por lo que al bosón de Higgs ha sido conocido como “la partícula Dios”: está en todas partes, pero no hay forma de verlo.
Pero, ¿qué significa realmente que una partícula sea «consistente con el bosón de Higgs»? En términos simples, significa que la partícula observada tiene todas las propiedades que se esperaría que tuviera el bosón de Higgs. Esto incluye su masa, su carga (o falta de ella), y cómo interactúa con otras partículas. Sin embargo, aunque esta partícula es consistente con el bosón de Higgs, los científicos aún necesitan realizar más pruebas para confirmar que es, de hecho, el bosón de Higgs.
La confirmación final de la existencia del bosón de Higgs sería un logro monumental en la física de partículas. No solo confirmaría la validez del Modelo Estándar, la teoría que describe las partículas fundamentales y sus interacciones, sino que también proporcionaría una explicación para el origen de la masa de las partículas. Esto, a su vez, podría tener implicaciones profundas para nuestra comprensión del universo y su evolución.
El descubrimiento del bosón de Higgs también ha abierto nuevas líneas de investigación. Por ejemplo, los científicos están interesados en estudiar cómo el bosón de Higgs podría desempeñar un papel en la materia oscura, una forma misteriosa de materia que no interactúa con la luz y que constituye aproximadamente el 27% del universo. Además, el bosón de Higgs podría tener implicaciones para la teoría de la supersimetría, una teoría que postula que cada partícula tiene una «supercompañera» con propiedades ligeramente diferentes.
En definitiva, aunque el bosón de Higgs ha sido apodado «la partícula Dios», su descubrimiento no es el final de la historia. En cambio, es un nuevo comienzo, una puerta abierta a nuevas preguntas y descubrimientos en el fascinante campo de la física de partículas.
