Hallazgo crucial para comprender el universo

Por Nora Bär.

"Creo que lo tenemos", dijo ayer Rolf-Dieter Heuer, director general del centro europeo de altas energías (CERN), situado en la frontera franco-suiza, y los físicos que colmaban el auditorio estallaron en una ovación.

Muchos de ellos habían hecho cola fuera de la sala toda la noche para asegurarse un lugar en lo que el mundo científico considera un auténtico hito: el anuncio de los resultados de dos experimentos independientes del Gran Colisionador de Hadrones, la llamada "máquina de Dios", que ofrecen señales convincentes de que la esquiva partícula de Higgs, la más buscada de la física durante casi cinco décadas, está precisamente donde se preveía que tenía que estar.

"¡Qué día fantástico! -exclamó ayer María Teresa Dova, investigadora del Departamento de Física de la Universidad Nacional de La Plata y jefa de uno de los dos grupos de altas energías del Conicet que trabajaron con el detector Atlas-. Todos sospechábamos que el grupo del otro detector, el CMS, tenía «algo»... Pero más redondo no podía salir, porque los dos equipos, cada uno trabajando con un conjunto de datos totalmente diferentes, vimos prácticamente lo mismo."

Lo que "observaron" -en billones de colisiones entre protones acelerados en las entrañas del túnel de 27 km de circunferencia, construido a unos 100 metros bajo tierra- fueron evidencias contundentes de que existe una partícula cuyas señas coinciden llamativamente con la que había sido postulada hace cincuenta años por el físico británico Peter Higgs, la última que faltaba hallar para confirmar experimentalmente el modelo estándar de la materia.

"Sabemos que lo que detectamos no es una fluctuación al azar -explica Dova-, porque es como si tiráramos el dado ocho veces, y las ocho veces nos sale un seis. Puede haber una equivocación de uno en más de un millón. Es lo que los físicos llamamos «cinco sigmas», y con cinco sigmas uno puede decir con toda tranquilidad que tiene una señal verdadera."

"La importancia de este hallazgo es enorme -coincide Ricardo Piegaia, jefe del grupo del Departamento de Física de la Universidad de Buenos Aires que también participó en el Atlas-. Nos vamos a acordar de esto. El bosón de Higgs fue inventado para resolver un problema teórico entre las fuerzas de partículas elementales. Ese argumento llevaba a la conclusión de que, si se hacían chocar protones a una determinada energía, se tenía que producir esta partícula. ¡Que a partir de esa predicción se haga el experimento y esté es impresionante!"

Daniel de Florian, de la UBA. Foto: LA NACION / Santiago Filipuzzi y Santiago Hafford

En el rompecabezas de los engranajes del cosmos, las partículas elementales pueden pensarse como puntitos. "Estamos hechos de vacío y puntitos -dice Piegaia-. La razón por la que parecemos opacos es que la luz no pasa a través de ellos, pero los rayos X, sí. En una radiografía se ve que hay mucho más vacío del que parece que hay. ¿Entonces, de dónde sale esa masa que cuesta mover si estamos compuestos de cosas sin tamaño? Justamente la idea que tuvo Peter Higgs para resolver este problema fue inventar una nueva partícula, el bosón que lleva su nombre y que interactúa con casi todos los demás puntitos. A los que interactúan mucho con el bosón de Higgs cuesta mucho moverlos. De ellos se dice que tienen mucha masa."

Para comprender lo que significaba este desafío, que requirió inversiones de miles de millones de dólares, basta la explicación de Joe Incandela, vocero del experimento CMS, que ilustró lo complicado de esta cacería en los submundos del átomo con la situación de tener que encontrar algunas decenas de granos de arena en medio de una pileta olímpica llena de ese material.

La nueva partícula encaja notablemente bien con las predicciones que hicieron los físicos teóricos. Pesa alrededor de 125 gigaelectronvolts y fue identificada tras apenas un año y medio de funcionamiento del Gran Colisionador de Hadrones. Pero los científicos se resisten a hablar de un ciento por ciento de seguridad porque hay modelos que predicen no sólo uno, sino cinco Higgs diferentes.

"¡Luce muy Higgs! -dice Dova-. Es muy parecida, pero hay que seguir estudiando sus propiedades, cómo interactúa con el resto de las partículas. Solamente entonces se puede tener una seguridad total."

Laura González Silva, Ricardo Piegaia y Gastón Romeo, de la UBA. Foto: LA NACION / Santiago Filipuzzi y Santiago Hafford

El bosón de Higgs existe durante una millonésima de segundo y luego decae en una de varias formas. Las partículas resultantes son las que dan la pista sobre su presencia. "Puede decaer en dos fotones, pero hay otras cosas que producen dos fotones en la física -dice Piegaia-. Ahora, Higgs predijo que tiene que haber una cierta cantidad, y claramente el número de eventos que vemos sólo se explica si existe la partícula. Lo que hoy [por ayer] se informó es que la cantidad de eventos que se observaron es consistente con el bosón de Higgs."

Claramente, hay una partícula, ahora hay que estudiar sus propiedades. Por ejemplo, el bosón de Higgs es igual no importa de dónde se la mire (tiene spin cero), a diferencia del electrón. "También tiene otras particularidades que tienen que ocurrir exactamente en la fracción prevista -subraya Piegaia-, pero hay que reunir más datos para probarlo. Entonces podremos ponerle el sello."

María Teresa Dova, de la Universidad Nacional de La Plata. Foto: LA NACION / Santiago Filipuzzi y Santiago Hafford

Más cauto, para Daniel de Florian, investigador del Conicet y de la Facultad de Ciencias Naturales de la UBA, que también participa de la búsqueda del bosón, "los anuncios estuvieron en línea con lo que se esperaba e incluso superaron las expectativas. Encontramos una partícula y ahora hay que probar que es el Higgs".

¿Y de aquí en más?

"Hay varias cosas que explicar -dice Piegaia-. Una de ellas es la gravedad. Se entiende bien cómo funciona entre la Tierra y la Luna... pero no entre esos puntitos, en las dimensiones subatómicas. Hay varias teorías enunciadas que hacen predicciones y vamos a ver qué dice el acelerador. Pero sobre lo que vamos a encontrar, ahí ya no estamos tan seguros."

DICCIONARIO PARA COMPRENDER EL HALLAZGO

Modelo estándar de la materia. Es una construcción intelectual que describe cuáles son las partículas elementales y cómo interactúan entre ellas. Comenzó a plantearse hace ocho décadas.

Protón. Protones y neutrones componen el núcleo de los átomos. El número de protones en el núcleo atómico determina las propiedades químicas del átomo y qué elemento químico es.

Partículas elementales. Son los constituyentes esenciales de la materia; es decir, son partículas que no están constituidas por partículas más pequeñas ni se conoce que tengan estructura interna.

Campo de Higgs. Podría imaginarse como una especie de "melaza" que impregna el espacio-tiempo y frena las partículas generando un efecto equivalente a la masa. El bosón sería una "vibración" de ese campo.

Masa. En física se define como la medida de cuán difícil es acelerar un objeto: que A tenga el doble de masa que B significa que hay que hacer el doble de fuerza para ponerlo en movimiento.

Gran Colisionador de Hadrones. Es un túnel subterráneo de 27 kilómetros de circunferencia. Acelera haces de protones y los hace chocar entre sí a 99,999999% la velocidad de la luz.

Bosón. Hoy se considera que hay dos categorías de partículas elementales: los fermiones y los bosones. Los primeros están asociados con la materia, y los bosones, con la energía y transmiten fuerzas.

Atlas y CMS. Son los dos grandes detectores que registraron los efectos de billones de colisiones protón-protón. El Atlas pesa 7000 toneladas y mide 44 metros de largo. El CMS, 12.500 toneladas y 21 metros de largo.

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