Más allá de los conocidos electrones, protones y neutrones, durante las últimas décadas los físicos han descubierto muchas más partículas subatómicas. Todas ellas pueden describirse mediante una teoría con base matemática denominada modelo estándar. Según esta, las partículas elementales pueden clasificarse en dos grupos: fermiones, auténticos constituyentes de la materia y bosones, transmisores de las cuatro fuerzas fundamentales de la naturaleza. Sin embargo existía un problema. ¿Porqué, por ejemplo, un quark posee más masa que un electrón si ambas son partículas indivisibles?. Era preciso un mecanismo que explicase la masa y además fuese consistente con el resto de la teoría.

higgs-englert_nobelLa solución fue propuesta en los años sesenta por Peter Higgs, Francois Englert y Robert Brout mediante la existencia de un campo fluctuante constituido por partículas especiales en constante aparición y desaparición, hoy conocidas como bosones de Higgs. El campo se habría formado poco después del Big Bang al enfriarse el universo y antes de su existencia todas las partículas eran pura energía. La fricción, en diferente grado, de las partículas elementales con dicho campo es lo que actualmente llamamos masa. Así un quark es más masivo que un electrón porque fricciona más con los bosones de Higgs a su paso por el campo. Dicho de otro modo, el campo de Higgs distribuye la relación enegía/masa de las partículas que lo atraviesan de distinto modo. Suele asemejarse a un fluido viscoso. Algunos objetos dejados caer en él pueden atravesarlo fácilmente y otros en cambio se ven más frenados en su descenso. También suele comparase con una fiesta repleta de personas donde llegan un artista conocido y un invitado cualquiera. Al famoso le costará más avanzar por la sala debido a las interacciones sociales. Tanto la aerodinámica como la popularidad son metáforas para reflejar una propiedad intrínseca de las partículas elementales que las hace friccionar en diferente medida con el campo y les confiere masa.

El modelo estándar y nuestra idea de cómo hizo Dios el universo dependen de que se encuentre el bosón de Higgs
Leon Lederman

Descubrir el Higgs no ha sido nada sencillo. Durante los últimos 50 años se han construido aceleradores de partículas cada vez más grandes y potentes donde se hacen circular protones a altas velocidades hasta hacerlos chocar unos contra otros para registrar y estudiar las partículas resultantes, entre las que en ocasiones puede aparecer. Además no puede ser observado directamente ya que se desintegra casi inmediatamente y se deben buscar las partículas en que decae, siendo necesario repetir el proceso un número de veces suficiente para asegurar estadísticamente que las partículas detectadas son resultantes de la desintegración del Higgs y no de otras transformaciones donde no interviene.

Finalmente el 4 de Julio de 2012 el CERN, la organización europea para la investigación nuclear, informó del descubrimiento de una partícula 134 veces más pesada que el protón (125 GeV) compatible con las características esperadas para el boson de Higgs, tres años y medio después de entrar en funcionamiento el acelerador LHC. La importancia del descubrimiento estriba en que corrobora la teoría del modelo estándar en la cual los físicos han estado trabajando durante el último medio siglo.

El sobrenombre de partícula divina se debe al título de un libro de divulgación científica, no exento de cierto humor, escrito por el premio nobel de física Leon Lederman sobre el modelo estándar y el bosón de Higgs publicado varios años antes del descubrimiento (también barajó la partícula maldita). A los físicos profesionales no les gusta demasiado esta denominación y casi siempre tratan de evitarla, sin embargo se ha popularizado tremendamente sobre todo debido a su uso por los medios de comunicación.

Referencias

Centro Nacional de Física de Partículas, Astropartículas y Nuclear
Alberto Casas: La partícula de Higgs y el misterio de la masa (conferencia)
Joanne Baker: 50 Cosas que hay que saber sobre física (capítulos 36 y 38)
Clifford Pickover: El libro de la física (hitos 210, 215 y 246)
Saber más
Lisa Randall: El descubrimiento del Higgs
Alberto Casas: El bosón de Higgs
Leon Lederman y Dick Teresi: La partícula divina

Imagen: Choque protón-protón en el LHC. Fotografía: Peter Higss (izquierda) y Francois Englert (derecha) recibieron el premio nobel de física en 2013 una vez descubrierto el bosón. Robert Brout falleció poco antes.

 

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