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Martes 29/07/2014. Actualizado 06:34h.

cultura/sociedad

JUEVES, 15 DE DICIEMBRE DE 2011

¿Qué es 'la partícula de Dios'?


Aún quedan meses para 'descorchar el champagne'

Ruymán Azzollini Felipe / Centro de Astrobiología, INTA-CSIC
Imagen del detector ATLAS, en el LHC - © SEREN
Imagen del detector ATLAS, en el LHC - © SEREN
Imagen del detector CMS en el LHC - © SEREN
Imagen del detector CMS en el LHC - © SEREN


La noticia se esperaba con gran expectación. Los diarios se apresuraron a dedicarle enteras y dobles páginas para reflejar el 'acorralamieno' del ahora famoso bosón de Higgs. Pero, ¿qué es y qué significa para la ciencia realmente esta escurridiza partícula?
Dentro del modelo estándar (ME) de partículas, el más ampliamente aceptado por los físicos de partículas, el bosón de Higgs es el 'cuanto' de la interacción de Higgs, como el fotón es el 'cuanto' de la interacción electromagnética. Esta interacción de Higgs es la que supuestamente provee de masa a todas las demás partículas que la tienen (las hay que no tienen, como el mencionado fotón), incluído el propio bosón de Higgs. Es decir, que sería la partícula responsable de que los objetos tengan masa, y no seamos 'etéreos' y podamos ir a todas partes a la velocidad de la luz, lo cual es quizá una lástima desde el punto de vista de la puntualidad, pero una ventaja desde el punto de vista de la utilidad de los pisapapeles. Es la única partícula elemental predicha en el marco del ME que aún no ha sido detectada en laboratorio, y de ahí gran parte del interés en encontrarla, por aquello de ir atando cabos.

Encontrar el bosón de Higgs, y estudiar sus propiedades –algo actualmente sólo al alcance del LHC (el acelerador de partículas de Ginebra) después de la reciente clausura, el pasado 30 de septiembre, del exitoso acelerador estadounidense Tevatrón (en Fermilab, Batavia, Illinois)–, podría abrir la puerta a una 'nueva física', a entender mejor por qué las partículas tienen las masas que tienen, entre otras cosas.

De igual modo, una vez que las barras de error caigan lo suficiente, si no se encontrara el bosón, significaría que habría que modificar algunos aspectos del modelo, lo cual nos situaría ante un nuevo paisaje dentro del abstracto y complejo mundo de la física subatómica, quizá aún más interesante que encontrarlo. Lo interesante, como en tantos otros ámbitos, está, sobre todo, en lo inesperado. De hecho, descubrir el bosón de Higgs no es el único reto que se plantea el LHC, ni siquiera el más interesante. La busqueda de partículas supersimétricas, dimensiones ocultas a nivel subatómico, o rastros de la enigmática materia oscura que parece dominar el contenido de masa del Universo, son otros de los temas que motivaron la construcción del ambicioso experimento.

El bosón de Higgs es también conocido como la 'partícula de Dios', un sobrenombre que le viene a raíz del título de un libro de Leon Lederman 'The God Particle: If the Universe is the Answer, What is the Question?' ('La particula de Dios: Si el Universo es la respuesta ¿cuál es la pregunta?'), quien quería llamarla la 'Goddamn particle' ('la maldita partícula'), porque nadie podía encontrarla. Sin embargo, el editor finalmente le convenció para usar otro nombre políticamente menos incorrecto. Este apodo no es del agrado de muchos de los físicos de partículas, puesto que, opinan, exagera la importancia de dicha partícula, ya que no se trata de la “respuesta para todo”, como su pomposo nombre podría sugerir.

El experimento

En un seminario celebrado el martes 13 de diciembre en el CERN (Centro Europeo para la Investigación Nuclear por sus siglas en francés, localizado en Ginebra, Suiza), científicos de dos de las colaboraciones trabajando en el Large Hadron Collider (LHC), anunciaron nuevos resultados concernientes a la búsqueda del escurridizo bosón de Higgs. En concreto, el grupo CMS (Compact Muon Solenoid) anunció que si dicha partícula existe, su masa se halla probablemente comprendida entre 117 y 127 GeV (giga-electron voltios), y el grupo ATLAS (A Toroidal LHC Apparatus), usando medidas independientes, obtienen un rango análogo de entre 115 y 130 GeV.

Ambos grupos, además, obtienen una señal anómala con un pico entre 124 y 126 GeV (esto equivale a una masa unas 135 veces superior a la de un protón en reposo) que podría corresponder a la elusiva partícula. Sin embargo, hay que tomar este anuncio con cautela y sano escepticismo, ya que, como ellos mismos reconocen, la relevanca estadística de los resultados dista aún bastante de la requerida para poder reclamar un descubrimiento. Por tanto, será necesario seguir tomando medidas antes de poder descorchar el champán. Sin embargo, todo apunta a que, de existir el dichoso bosón, que es lo esperado, será finalmente detectado a lo largo de 2012, así que seguramente los equipos de investigadores ya tengan alguna botella en la nevera.

¿Qué es el acelerador de partículas?

El LHC, construido por el CERN en colaboración con más de 10,000 científicos e ingenieros de más de 100 países, se encuentra en la frontera franco-suiza, cerca de Ginebra. Consiste básicamente en un túnel de cemento con una sección de casi cuatro metros de diámetro, enterrado a una profundidad de entre 50 y 175 metros, y en forma de anillo de 27 km de circunferencia, en el que haces de protones (y también de núcleos de plomo) son acelerados usando electroimanes superconductores, refrigerados con helio líquido, hasta velocidades muy próximas a la de la luz, para después hacerlos colisionar con otros haces viajando en dirección opuesta, y observar el producto de las desintegraciones que se producen en dichos eventos. Las colisiones son registradas por 6 detectores distribuidos a lo largo de la circunferencia del acelerador, algunos de dimensiones colosales, como ATLAS y CMS.

Cuanto mayor sea la energía con que colisionan los protones, mayores son las masas de reposo de las partículas que se producen en el proceso, como se extrae de la famosa ecuación de Einstein de E=mc2 que nos da la conversión entre masa y energía. Siendo el bosón de Higgs una partícula que se cree muy masiva, es necesario, para encontrarlo o descartar su existencia, utilizar aceleradores de esta envergadura. Para alcanzar estas energías es necesario acelerar los haces de protones durante unos ¾ de hora, durante los cuales dichos protones recorren una distancia algo mayor que la que separa a Júpiter del Sol, y todo sin abandonar territorio francófono.

Cuando se alcanza la 'velocidad de crucero' se producen unos 600 millones de colisiones por segundo. Los grupos CMS y ATLAS llevan analizadas ya unos 350 billones de colisiones... pero aún no son suficientes para encontrar el bosón de Higgs. Se cree que la partícula tiene una masa de, al menos, unas 114 veces la de un protón en reposo, y esto hace que tenga una vida muy corta, tan corta que en realidad su detección no será directa, sino que lo que se espera encontrar es un exceso en la producción de otras partículas producto de su desintegración. El tan recurrido símil de la aguja en el pajar quizá resulta aquí inadecuado por sugerir una facilidad mayor que el formidable reto que supone encontrar la señal de Higgs en ese océano de datos.


No es la primera vez

En julio el equipo ATLAS anunció que había encontrado un exceso de eventos en torno a 120-140 GeV, con una probabilidad cercana al 99% (2.8 sigma), medidas que luego fueron repetidas por el Tevatrón estadounidense, encontrando resultados similares. Un 99% de fiabilidad parece mucho, pero el consenso habitual es no dar por segura una detección si no lleva asociada una relevancia de al menos 5 sigmas, equivalente a decir, en este contexto, que sólo en 6 de cada 10 millones de veces que se repitiera el experimento, el ruido de fondo en las medidas produciría una señal tan fuerte como la de la supuesta detección. Es decir, aún queda lejos poder reclamar el premio (seguramente un Nobel).

A ese anuncio le han sucedido otros en agosto, noviembre, e incluso el mismo día anterior al de la conferencia de este martes, descartando distintos intervalos de energía con niveles de fiabilidad aún demasiado bajos para excluirlos con total seguridad, pero suficientes para seguir guiando la búsqueda hacia zonas más probables y, de paso, demostrar que se están haciendo avances. No olvidemos que, aparte del reconocimiento científico indiscutible que llevaría aparejado el descubrimiento del bosón, proyectos de la envergadura del LHC, con un coste total de unos 7,5 mil millones de euros (es el experimento científico más caro de la Historia), están bajo la presión de producir resultados de nivel acorde con su coste. Así que es bastante probable que éste no sea el último seminario con resultados 'preliminares' antes del ansiado comunicado con una detección inequívoca.

Ruymán Azzollini Felipe es Doctor en Astrofísica y trabaja en el Centro de Astrobiología, INTA-CSIC

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