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Biblioteca de la Universidad Complutense de Madrid

Martes, 21 de septiembre de 2021

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El bosón de Higgs: descubrir la pieza que faltaba

"¿De dónde venimos? ¿A dónde vamos?", forman parte de ese conjunto de preguntas existenciales que cada uno de nosotros se realiza a sí mismo, al menos una vez en la vida. Recuerdo cuando era pequeña y leía sobre el origen del Universo, la fascinación que me supuso leer sobre el "Big Bang". Pensar que éramos el resultado de la evolución a partir de la concentración en un punto de una magnitud enorme de energía, formaba parte de mis fantasías imaginarias.

 

Cuando empecé a interesarme más por el mundo de la Ciencia, recuerdo utilizar un símil un tanto arcaico para tratar de explicar el Big Bang. Consistía en apretar el puño muy fuerte y concentrar toda la energía de mi mano entre mis dedos, hasta que finalmente no podía más y tenía que relajar mis músculos y por tanto, abrir el puño. Una concentración tal de energía en el principio fue inestable y por ello se produjo la gran explosión, que desencadenaría todo lo que conocemos y desconocemos del mundo a día de hoy.

Podemos entender por tanto la existencia de la energía en el Universo. Como formuló el físico Albert Einstein hace un siglo, "E=mc2", lo que en la práctica significa que las partículas elementales, las que forman la parte más pequeña de lo que nos rodea, se caracterizan por una masa y una energía. Pero, ¿cómo podemos saber qué es la masa?

 

La pieza que encaja en el puzzle de la Física

Eso fue lo que hizo precisamente hace más de cincuenta años el físico británico Peter Higgs. No sería hasta 1964 cuando, mientras paseaba en Escocia, le vino la inspiración. ¿Y si existiera "algo" que hiciera que las partículas tuvieran masa? Ese "algo" fue lo que sería publicado posteriormente, que produjo hace unas semanas un revuelo mediático importante en el CERN y que, posiblemente, le valga el Nobel de Física al científico inglés.

Higgs postuló que debería existir una nueva partícula elemental, que luego sería conocida precisamente como "bosón de Higgs", con un papel fundamental en el origen de la masa en el Universo. Esta partícula presentaba la peculiaridad de ser la única predicha por lo que se conoce como "modelo estándar" en Física, con la que no se había conseguido demostrar su existencia.

¿Y cómo podemos certificar que el bosón de Higgs es real? Los experimentos que se realizan en el Gran Colisionador de Hadrones (LHC, por sus siglas en inglés), que es el acelerador de partículas más potente del mundo, y que se está situado en el Laboratorio Europeo de Física de Partículas (CERN), no pueden encontrar directamente al bosón de Higgs, sino sus huellas. Esto es debido a que dicha partícula se desintegra rápidamente, por lo que en el CERN sólo pueden verificar su existencia siguiendo las "señales de humo" que deja el bosón de Higss, una vez que ha dado lugar a otras partículas elementales más familiares.

 

Pero, ¿cómo funciona?

Imaginemos por un momento que el campo de Higgs, que no es más que las agrupaciones de su "unidad fundamental", esto es, el propio bosón, fuera una gran piscina. El campo sería el agua que ocupa el volumen de la piscina, y el bosón de Higgs cada molécula formada por dos átomos de hidrógeno y uno de agua.

En nuestra piscina, el campo de Higgs supone una pasta viscosa, a través de la cual pasan el resto de partículas (por ejemplo, el electrón), que en un principio no presentaban masa. Al atravesar el campo de Higgs, dichas partículas irían más o menos rápido. La ralentización o aceleración que sufrirían el resto de partículas al atravesar el campo de Higgs nos conduciría a lo que hoy conocemos como "masa".

Si en esa pasta viscosa de piscina entrara un electrón, por ejemplo, muy energético, friccionaría poco con el campo de Higgs y se desplazaría rápido a lo largo de la piscina, por lo que tendría poca masa. Si entrara un muon (otro tipo de partícula) en nuestra piscina, su paso se ralentizaría un poco más, debido a que presenta, gracias al propio campo de Higgs, más masa.

Esto es fácil de imaginar si tenemos que arrastrar a dos personas a lo largo de una habitación. En el caso de que nos toque empujar a una persona muy delgada, con menos "masa", nos será muy fácil llevarla de un lado a otro del cuarto. Sin embargo, si la persona a arrastrar tiene sobrepeso, va a ser mucho más difícil moverla, esto es debido a que presenta mucha más resistencia a ser desplazada. Pero en el origen del Universo, ¿qué es lo que confirió a las partículas diferente masa? La respuesta está en su interacción con los bosones de Higgs. Siguiendo el ejemplo de un buen amigo físico, si intento arrastrar a dos personas con la misma masa a lo largo de una discoteca, en principio debería contar con la misma "resistencia", pues presentan la misma "masa". Sin embargo, si una de esa persona es muy guapa, y va interaccionando con todos los que están en la discoteca, me será mucho más difícil desplazarla. Si nuestro segundo amigo no es muy agraciado, al no ligar con la gente de la discoteca (entendiendo a estas personas como los bosones de Higgs), no me supondrá ningún problema desplazarlo de un lado a otro. Nuestro primer individuo, al interaccionar mucho más, presentará más masa, por culpa de los que quieren ligar con dicha persona en la discoteca. El segundo, por el contrario, al no tener tanta suerte de poder interaccionar con el campo de Higgs de la sala, no presentará tanta masa, y su desplazamiento será más rápido.

 

¿Es el bosón de Higgs "la partícula de Dios"?

Rotundamente, no. La confusión que se ha dado viene originada por la publicación de un libro de Leon Lederman relacionado con el bosón de Higgs que iba a llamarse "The Goddam particle" (traducido como "La maldita partícula", por la dificultad en ser encontrada, pues desde 1964 hasta que estadísticamente podemos considerar que existe, han pasado años). Sin embargo, la editorial que iba a publicar el libro decidió que ese nombre no era lo suficientemente impactante, por lo que eligieron "The God particle" ("La partícula de Dios"), porque según ellos así el libro sería mucho más mediático.

Sin embargo, es importante decir que el bosón de Higgs no tiene nada que ver con la religión ni con estudios teológicos. La "maldita partícula" parece ser que existe, a la luz de los resultados estadísticos obtenidos por el CERN el pasado mes de julio, y por tanto, cierra el círculo de un siglo de investigación sobre Física de partículas.

 

 

 

 

 

 

 

Para saber más

 

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