Esto no es el final, sino el principio de toda una nueva línea de investigaciones que nos llevarán a nuevos descubrimientos y avances
La excitación desatada en el mundo científico ha sido tal que puede hablarse de Higgsteria, un juego de palabras con el que la ha definido con gran acierto la revista New Scientist.
La Organización Europea para la Investigación Nuclear (CERN) ha anunciado este miércoles el descubrimiento de una partícula. A la espera de precisar sus características, todos los indicios apuntan a que se trata del esperado Bosón de Higgs, conocido como la ‘Partícula de Dios’.
De la existencia del bosón de Higgs depende que la teoría actual que explica el Universo visible -el llamado Modelo Estándar- sea correcta. Y de las características de esta partícula dependerán las futuras investigaciones para comprender el Universo oscuro, que no está explicado por el Modelo Estándar.
«Todo el mundo está muy entusiasmado no sólo por el descubrimiento de la partícula sino también por las nuevas perspectivas que abre para la física», destaca Rolf Heuer, director general del CERN.
Como explica Josep Corbella en ‘La Vanguardia’, con su enorme masa, el «higgs» -como lo llaman coloquialmente los físicos- es una pieza de caza mayor en el mundo de las partículas.
La estrategia para capturarla consiste en crear energías muy altas en un acelerador de partículas y esperar que la energía se convierta en materia siguiendo la famosa ecuación de Einstein E = mc2.
Fue precisamente con el objetivo de capturarlo que se construyó en un túnel subterráneo junto a Ginebra el Gran Colisionador de Hadrones (LHC), el acelerador de partículas más potente del mundo, donde se hacen chocar protones a una velocidad próxima a la de la luz.
Para descubrir una nueva partícula, sin embargo, no basta con crearla. Además, es conveniente observarla. El problema de observar el «higgs» es que es una partícula efímera que se vuelve a transmutar en energía y en otras partículas antes de que los físicos puedan verla. De ahí que haya que deducir su existencia a partir de las partículas que nacen de ella.
Viene a ser como identificar a un fugitivo a partir de las huellas que ha dejado.
Todo ello con la dificultad añadida de que una misma huella puede corresponder a distintos fugitivos. Es decir, si nacen ciertas partículas tras una colisión, puede que sean descendientes de un «higgs» o bien de alguna otra partícula.
Afortunadamente para los físicos, la probabilidad de que vengan de un «higgs» o de otro fenómeno no es la misma. Esto les permite, con un número suficiente de colisiones, deducir si han creado un «higgs» o no. Es algo parecido a deducir si un dado está trucado.
Si tiran el dado una sola vez, les será imposible saber si está trucado o no. Si lo tiran diez veces y les sale cinco veces el mismo número, podrán sospechar.
Y si lo tiran cien veces y les sale 50 veces el mismo número, podrán afirmar que está trucado -o, más exactamente, podrán decir que hay una probabilidad muy alta de que lo esté-.
El LHC cuenta con dos detectores diseñados especialmente para ver si en las colisiones se observa algún fenómeno que no sea atribuible al azar. Un fenómeno como un dado trucado o un bosón de Higgs.
Los resultados presentados el pasado diciembre por los coordinadores de los detectores Atlas y CMS ya hacían sospechar que habían encontrado una nueva partícula. Pero estaban en una situación similar a la de quien solo ha tirado el dado diez veces.
Había aún una probabilidad de alrededor del 1% de que las observaciones fueran debidas al azar y no a la existencia de un nuevo bosón.
Por convención entre físicos de partículas, para proclamar un descubrimiento la probabilidad debe reducirse a alrededor de uno entre un millón -lo que, en la jerga del sector, se llama cinco sigmas-.
Esto explica la ovación espontánea que se ha producido este 4 de julio de 2012 a las 9.38 de la mañana en el auditorio del CERN en Ginebra cuando el coordinador de CMS, Joe Incandela, ha mostrado en la pantalla su primera transparencia con el símbolo de cinco sigmas recuadrado en rojo.
Y la ovación que ha recibido una hora después Fabiola Gianotti, coordinadora de Atlas, cuando ha anunciado los cinco sigmas de su detector.
«Son resultados preliminares», ha advertido Gianotti. Pero «son muy consistentes», sostiene Incandela.
Unos 6.000 investigadores de más de 40 países han trabajado en los dos experimentos. Desde España, han tenido un papel destacado en el detector Atlas el Institut de Física d’Altes Energies (IFAE) de Bellaterra, el Instituto de Física Corpuscular de Valencia y la Universidad Autónoma de Madrid.
En el detector CMS también ha hecho contribuciones importantes la Universidad Autónoma de Madrid, así como el Instituto de Física de Cantabria y el Centro de Investigaciones Energéticas, Medioambientales y Tecnológicas (Ciemat).
Ni Atlas ni CMS ha llegado aún a cinco sigmas para afirmar que la partícula que han descubierto sea el bosón de Higgs previsto por el Modelo Estándar. Con los datos recogidos hasta ahora, es probable que lo sea y es posible que no.
El «higgs» es la única pieza que falta en el complejo rompecabezas del Modelo Estándar que los físicos han estado construyendo en el último medio siglo y que explica de manera satisfactoria el Universo visible -que, sin embargo, sólo representa el 5% del Universo-.
Que en la actualidad ya no queden bosones de Higgs -excepto en las tripas del LHC y tal vez en algún otro lugar excepcional-, ya que todos se transformaron en energía en el primer segundo del Universo, no les resta importancia.
Sin «higgs«, todo el edificio del Modelo Estándar se colapsaría, y con él nuestra comprensión del Universo visible.
La nueva partícula puede ser igualmente importante para comprender el Universo oscuro, que representa el 96% de toda la materia y energía del Universo, explica Enrique Fernández, del Institut de Física d’Altes Energies (IFAE).
Lo puede ser para comprender el 23% de materia oscura porque el higgs podría tener partículas supersimétricas más masivas, aún no descubiertas, que aclaren de qué está formada esta enigmática materia.
Y, «lo más importante», según Fernández, puede ayudar a entender el 72% de energía oscura que está acelerando la expansión del Universo, un fenómeno para el que los científicos aún no tienen explicación.
Pero «os pido que tengáis paciencia», ha pedido Fabiola Gianotti.
«Estamos entrando en la era de las mediciones del higgs».
Los datos recabados hasta ahora indican que la nueva partícula tiene una masa de alrededor de 126 GeV (gigaelectronvoltios), que equivale a unas 135 veces la masa del protón.
Los datos adicionales que se adquirirán en los próximos meses ayudarán a caracterizar mejor la nueva partícula y posiblemente aclararán si es «higgs» del modelo estándar o una criatura más exótica.
Rolf Heuer anunció este 3 de julio de 2012 que el CERN ha decidido prolongar «dos o tres meses» el funcionamiento del LHC para acumular más datos antes de apagar la máquina el próximo invierno.
Después el acelerador deberá estar parado entre un año y medio y dos años para aumentar su potencia de los 8 TeV (teraelectronvoltios) a 14 TeV. Con esta potencia adicional, podrá desvelar a partir del 2015 las intimidades de la nueva partícula.
«El descubrimiento es solo el principio», destaca Fabiola Gianotti.
«Comprender esta nueva partícula nos dirá en qué dirección debemos ir en el futuro».
GUIA PARA COMPRENDER EL BOSON DE HIGGS
El Bosón de Higgs es un tipo de partícula elemental que se cree tiene un papel fundamental en el mecanismo por el que se origina la masa en el Universo. Se trata de la única partícula predicha por el Modelo Estándar de Física de Partículas que aún no había sido descubierta.
El Modelo Estándar describe las partículas elementales y sus interacciones, pero queda una parte importante por confirmar, precisamente la que da respuesta al origen de la masa. Sin masa, el Universo sería un lugar muy diferente. Si el electrón no tuviera masa no habría átomos, con lo cual no existiría la materia como se conoce actualmente, por lo que tampoco habría química, ni biología, ni existiría el hombre.
En los años 60, varios físicos, entre ellos el británico Peter Higgs, postularon un mecanismo que se conoce como el ‘Campo de Higgs’. Al igual que el fotón es el componente fundamental del campo electromagnético y de la luz, el ‘Campo de Higgs’ requiere la existencia de una partícula que lo componga, que los físicos llaman Bosón de Higgs.
El campo de Higgs sería una especie de continuo que se extiende por todo el espacio, formado por un incontable número de bosones de Higgs. La masa de las partículas estaría causada por una fricción con el campo de Higgs, por lo que las partículas que tienen una fricción mayor con este campo tienen una masa mayor.
LAS PARTÍCULAS SUBATÓMICAS
Las partículas subatómicas se dividen en dos tipos: fermiones y bosones. Los fermiones son aquellas que componen la materia, y los bosones las que portan las fuerzas o interacciones. Los componentes del átomo (electrones, protones y neutrones) son fermiones, mientras que el fotón, el gluón y los bosones W y Z, son los responsables, respectivamente, de las fuerzas electromagnética, nuclear fuerte y nuclear débil.
La diferencia del bosón con el fotón o el gluón es que no se puede detectar directamente, ya que una vez que se produce se desintegra casi instantáneamente dando lugar a otras partículas elementales más familiares. Es decir, cuando el bosón se crea, lo que se pueden ver son sus ‘huellas’, otras partículas, que son las que detecta el Gran Colisionador de Hadrones (LHC) que la Organización Europea para la Investigación Nuclear ha construido en Ginebra (Suiza).
Así, en el interior del anillo del LHC colisionan protones entre si a una velocidad cercana a la de la luz. Cuando se producen las colisiones en puntos estratégicos donde están situados grandes detectores, la energía del movimiento se libera y queda disponible para que se generen otras partículas. Cuanto mayor sea la energía de las partículas que chocan más masa podrán tener las resultantes, según la famosa ecuación de Einstein: E=mc2.
Debido a que el Modelo Estándar no establece la masa del Bosón de Higgs, sino un amplio rango de valores posibles, se requieren aceleradores muy potentes. El LHC es la culminación de una ‘escalada energética’ dirigida a descubrir el bosón de Higgs, un objetivo que se ha logrado ahora.
LOS DATOS QUE DEFINEN EL BOSÓN DE HIGGS
En Física de Partículas el concepto de observación se define estadísticamente en términos de desviaciones estándar o ‘sigmas’, que indican la probabilidad de que un resultado experimental se deba a la casualidad en vez de ser un efecto real.
Para conseguir una mayor significación estadística, y por tanto aumentar las probabilidades de observación, los experimentos necesitan analizar muchos datos. El LHC genera unos 300 millones de colisiones por segundo, por lo que la cantidad de datos a analizar es ingente. Se mide en femtobarns inversos, unidad que da idea de la cantidad de colisiones que se produce en un acelerador de partículas por unidad de área y tiempo (luminosidad).
La medida que se ha obtenido este miércoles es de 5 sigmas de nivel, lo que determina, de manera oficial, que se trata de un ‘descubrimiento’ u ‘observación’. Para alcanzar 5 sigmas hay que sacar un mismo resultado más de 20 veces seguidas, una probabilidad menor de 0,00006 por ciento.
Tras el hallazgo, los expertos continuarán los estudios para estar seguros de que una observación corresponde a un bosón de Higgs del Modelo Estándar y no a otra partícula diferente. Para ello es necesario estudiar en detalle y con más datos las propiedades de la nueva partícula. En concreto, si la forma en que se produce y se desintegra está de acuerdo con lo predicho por la teoría o no, lo cual sería aun mas interesante.
El descubrimiento de la partícula, es el comienzo de una nueva fase en la Física de Partículas ya que el bosón marca el camino en la investigación de otros muchos fenómenos físicos como la naturaleza de la materia oscura (que compone el 23 por ciento del Universo pero cuyas propiedades son completamente desconocidas).
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