El Laboratorio Europeo de Física de Partículas (CERN) de Ginebra ha vuelto a poner en marcha estos días el Gran Colisionador de Hadrones (LHC), con el que hace un par de años se realizó uno de los descubrimientos más importantes en el campo de la física de partículas en las últimas décadas: el bosón de Higgs. Explicamos qué es la llamada ‘partícula de Dios’ y por qué su detección fue tan importante.
La ‘partícula de Dios’ se manifestó por primera vez entre los hombres el 4 de julio de 2012. Más conocida como Bosón de Higgs, un grupo de físicos propuso su existencia en 1964 pero no se confirmó hasta la primavera de 2013 en el CERN.
Los científicos del LHC, un acelerador de partículas del CERN, proclamaron su descubrimiento después de más de medio siglo de búsqueda y el hallazgo conmocionó al mundo. Sin embargo, más allá de los círculos científicos, muchos no iniciados ignoran qué es este bosón y por qué es relevante su existencia.
Entonces, ¿qué es el bosón de Higgs?
En esencia y de forma burda, se trata de una partícula elemental que permite explicar la diferencia entre las masas de las distintas partículas que componen la naturaleza. Para poder ahondar en este fenómeno y llegar a comprenderlo, es necesario refrescar previamente una serie de conceptos.
En primer lugar, la materia está compuesta por átomos. Estos átomos, a su vez, están formados por un núcleo central, con neutrones y protones, y a su alrededor giran los electrones.
Sin embargo, estos protones y neutrones se componen de partículas todavía más pequeñas, llamadas quarks. Se trata de partículas elementales, igual que los electrones, que son indivisibles.
¿Cuál es el problema?
En la década de los sesenta, los científicos trataban de comprender cómo funcionaban los protones y los neutrones por dentro, y las teorías no terminaban de encajar.
Los físicos no entendían a qué se debían las enormes diferencias de masa entre las distintas partículas elementales. Por ejemplo, el quark ‘cima’ (uno de los seis tipos que existen) es mucho más pesado que un electrón. Concretamente, su masa es 350.000 veces mayor. Esta es la misma diferencia de peso que hay entre una sardina y una ballena.
Presentaron una teoría que aseguraba que todo el espacio está relleno de un campo que interacciona con las partículas elementales y es esto lo que les confiere masa.
Se trata del ‘campo de Higgs’, que permea todo el universo.
Como peces en el agua
Para comprender mejor su funcionamiento, es posible establecer una sencilla analogía. Las partículas elementales están inmersas en el campo de Higgs como los peces en el agua. Una sardina en el mar, al ser pequeña, interacciona muy poco con el medio y puede moverse rápidamente. Por el contrario, una ballena, con un tamaño mucho mayor, interacciona con más agua y se desplazará más despacio.
Al trasladarlo al caso subatómico, la idea es que cuanto mayor es la interacción de una partícula con el campo de Higgs, mayor es su masa. Se podría decir que este campo “frena” más a las partículas cuanto más pesadas son, igual que ocurre con el agua y los peces.
Según esta teoría, la masa no sería una propiedad intrínseca de las partículas sino el resultado de una interacción con el campo de Higgs.
¿Dónde aparece el bosón de Higgs?
De la misma manera que el agua está compuesta por moléculas de H2O, el campo de Higgs está formado por un incontable número de bosones de Higgs.
Para demostrar que esta teoría propuesta en 1964 era cierta, era necesario encontrar estos bosones. Para ello, se construyeron los grandes aceleradores de partículas.
¿Por qué resultó tan complicado observarlo?
Por dos motivos fundamentales. En primer lugar, para generar un bosón de Higgs se necesitan intensidades de energía muy elevadas, similares a las del Big Bang. Para reproducir estas condiciones, fue necesario construir grandes aceleradores de partículas como el LHC del CERN, donde finalmente fue detectado.
En segundo lugar, una vez generado el bosón de Higgs, se desintegra muy rápidamente y desaparece antes de que pueda ser observado. De hecho, lo que se detecta en los experimentos no es el bosón de Higgs, sino los residuos que deja al descomponerse.
¿Qué hicieron los físicos en el LHC?
De manera muy simplificada, en este acelerador se hizo colisionar de frente haces de protones a velocidades elevadísimas para generar instantes de gran energía y observar qué partículas aparecían. Durante fracciones de segundo, el LHC conseguía reproducir las condiciones del Big Bangy se formaban nuevas partículas subatómicas, entre ellas el bosón de Higgs.
