¿Que tendrá que ver Dios con la partícula?

Los investigadores del CERN (Centro Europeo de Investigación Nuclear) anunciaron este miércoles 4 de julio el descubrimiento de una partícula desconocida hasta el momento “que podría ser el bosón de Higgs”. ¿Por qué tanto revuelo por esta noticia? ¿Quién es el dueño de la partícula: Dios o Higgs? ¿Qué es un bosón? La respuesta a todas estas preguntas y algunas más en esta interesantísima nota. 

La humanidad viene preguntándose hace siglos de qué están hechas las cosas que nos rodean. Madera, metal, piedra, líquidos…¿qué son en realidad? En la actualidad podemos responder fácilmente esta pregunta, pero hace unos 100 años no estaba tan claro.  

En su afán de simplificar el Universo a un nivel que pudiera entender, el hombre siempre trató de reducir la gran cantidad de cosas que veía a unas pocas, que combinadas de cierta manera explicaran la diversidad. Lo seguimos haciendo y, a la larga, da resultado. Simplemente sucede que el nivel de conocimiento no es igual en todas las épocas. 

Si tomamos un objeto cualquiera y lo rompemos, una pregunta que puede surgirnos es cuál sería el menor tamaño posible de un trozo de ese objeto. En otras palabras, que tan pequeño puede ser un fragmento de manera que no pueda dividirse en fragmentos más pequeños sin perder las propiedades de ese material. El filósofo griego Demócrito fue el primero en plantear este concepto y llamó “átomo” (“indivisible” en griego) a esta mínima unidad de materia. La teoría fue evolucionando con los años, por supuesto. Hoy sabemos que los átomos están compuestos por un núcleo y electrones, que los núcleos están formados por protones y neutrones y estos a su vez por quarks. Sabemos también que existe todo un zoológico de partículas, sabemos cómo están compuestas y cómo interactúan unas con otras. Todo esto gracias a 100 años de investigación, primero utilizando la radiación natural (ver esta nota) y más tarde los aceleradores de partículas, como el LHC del CERN, tan mal llamado “máquina de Dios”. 

Con respecto a las interacciones, es decir la forma que tiene una determinada partícula de influir en las demás, hoy sabemos que todas las fuerzas de la naturaleza se pueden explicar mediante cuatro fuerzas básicas: 

Electromagnetismo: corriente eléctrica e imanes, todos sabemos de qué se trata. Pero además de eso esta fuerza es responsable de que exista la química. 

Interacción fuerte: solamente se observa a distancias muy cortas, entre quarks. Un efecto residual de esta fuerza permite que un núcleo se mantenga unido a pesar de que todos los protones que lo componen tienen carga positiva y se repelen. 

Interacción débil: responsable de los decaimientos radiactivos. 

Gravitación: lo que nos mantiene sobre la superficie de la Tierra y gobierna el movimiento de planetas, estrellas y galaxias. La intensidad de la interacción depende de la masa (cantidad de materia) de los cuerpos que interactúan. 

La teoría explica las interacciones mencionadas como un intercambio de partículas llamadas “bosones”. En el caso del electromagnetismo se trata del fotón, para la interacción fuerte es el gluón, la interacción débil utiliza 3: Z, W y W+ y la gravitación el gravitón (que no fue detectado experimentalmente aún). 

Las tres primeras fuerzas en realidad se pueden unificar en una solo teoría, que es válida a muy altas energías. La gravedad, en cambio, todavía no pudo acoplarse a las demás. Todo lo que mencioné hasta el momento es lo que compone el “Modelo Estándar”, que no solamente explica todo lo que conocemos sobre física de partículas sino que además predijo con éxito la existencia de partículas un tiempo antes de que fuera tecnológicamente posible realizar el experimento que finalmente las encontró. 

El Modelo Estándar es muy bueno como teoría, pero no es perfecto. Una de las cuestiones que le quedan por resolver es que en sus ecuaciones básicas no hay forma de diferenciar entre las partículas de acuerdo a su masa. Hay partículas más pesadas que otras, algunas que no tienen masa, pero nada de esto se refleja en las ecuaciones. 

Se han propuesto diferentes soluciones a este problema. Una de ellas fue la de Peter Higgs, físico teórico inglés, quien en 1964 pensó lo siguiente: existe un campo que ocupa todo el espacio (pensemos en algo similar a un campo magnético generado por un imán, que no se ve directamente sino a través de su efecto sobre los objetos de hierro). Algunas partículas no interactúan con este campo (como sucedería con un trozo de madera en un campo magnético), otras interactúan poco (como un clavo) y otras mucho (como otro imán puesto dentro del campo del primero). Este campo está formado por bosones. Cuanto mayor es la interacción de una partícula con el campo, mayor será su masa. Como imaginarán, tanto el campo como los bosones que lo forman llevan el apellido de su creador (o será que son de Dios porque El creó todas las cosas…) 

La teoría predice que el bosón de Higgs debería tener una cierta masa, que no está definida exactamente sino que está dentro de un cierto rango. En el momento en que fue propuesta y hasta hace unos años, no existía un acelerador de partículas capaz de producirla. Lo que los científicos del CERN anunciaron el miércoles 4 de julio es que los resultados de dos experimentos diferentes muestran la existencia de una partícula nueva, que quizás sea el famoso bosón, aunque todavía es necesario continuar analizando los datos para determinarlo con precisión. Si fuera así, los científicos habrían encontrado la explicación nada más y nada menos de por qué existe la masa, que como dijimos es fundamental para entender la estructura y formación de todo el Universo. Si no se tratara de esta partícula, sería igual de interesante ya que abriría las puertas a otras teorías y a seguir buscando explicaciones para lo que el Modelo Estándar no consigue aclarar.  

Nota 1: las imágenes pertenecen al sitio www.cern.ch

Nota 2: el poco agraciado nombre de la partícula y el acelerador con el que se la busca vienen de un libro publicado en 1993, “La partícula de Dios”, de  Leon Lederman. Pueden leer este artículo para conocer la historia completa.

 

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