O bosón de Higgs: o comezo dun novo camiño. Claves para entender a partícula fundamental máis buscada durante décadas

Recreación artística do campo de Higgs. Ilustración: Daniel Domínguez/CERN

O 4 de xullo de 2012 o CERN anunciaba ao mundo a descuberta dunha partícula compatible co bosón de Higgs, medio século despois da súa predición teórica. O achado foi posible grazas ao traballo conxunto de milleiros de científicos implicados dende o deseño de dous dos experimentos do LHC ata a interpretación dos datos. A dubresa Patricia Conde, unha das físicas coautoras da programación dos algoritmos do sistema de filtrados de datos do detector ATLAS, explica a trascendencia desta descuberta.

De que estamos feitos? Cales son os elementos fundamentais, indivisibles, que nos forman? Estas son algunhas das cuestións máis antigas que existen, talvez tan antigas como a humanidade, e que nós, os físicos de partículas, queremos responder. No transcurso do século XX, construímos unha teoría moi poderosa, o Modelo Estándar, que describe as partículas fundamentais e as interaccións entre elas. É unha das teorías máis exitosas, capaz de facer previsións sorprendentemente precisas, como pode ser a constante de estrutura fina, medida experimentalmente cunha incerteza menor que 1 en mil millóns e que está en perfecto acordo coa teoría. O Modelo Estándar foi tamén capaz de prever a existencia dos bosóns W e Z, responsables das interaccións débiles (que á súa vez son responsables da luz do Sol ou dalgúns decaementos nucleares radioactivos) e que foron máis tarde observados por primeira vez no CERN, en dous experimentos deseñados especificamente para iso. É máis, non existe nestes momentos ningunha medida experimental que claramente contradiga o Modelo Estándar. Ata hai pouco tempo había, non obstante, unha cuestión que non conseguía responder. Esas partículas fundamentais, os tixolos que forman a materia que coñecemos, non deberían ter masa. Mesmo así teñen masa, e non é pequena! O bosón W pesa 84 veces máis ca un protón, e o quark top pesa tanto como un núcleo de ouro. Como pode ser? A solución está no mecanismo de Higgs, proposto por Peter Higgs ao mesmo tempo que por outros dous grupos de físicos: Englert e Brout, por unha banda, e Guralnik, Hagen e Kibble por outro.

O campo de Higgs interacciona coas partículas fundamentais e a través desa interacción elas adquiren masa

O mecanismo de Higgs prevé un campo que ocupa o Universo. O concepto de campo é familiar para todos nós se pensamos no campo magnético. Un imán modifica as propiedades do espazo á súa volta, creando un campo magnético, de tal forma que unha pequena peza de metal se move atraída por el. Da mesma forma, o campo de Higgs interacciona coas partículas fundamentais e a través desa interacción elas adquiren masa. Este mecanismo prevé a existencia dunha nova partícula, o bosón de Higgs, e a pesar de que pode tamén prever case todas as súas propiedades, incluída a forma de o producir e detectar experimentalmente, non conseguía prever a súa masa. É por ese motivo que durante tanto tempo escapou á observación experimental.

O estudo das propiedades do bosón de Higgs servirá para probar se o Modelo Estándar é correcto

En 2012, os experimentos ATLAS e CMS do CERN descubriron un novo bosón compatible con ser o bosón de Higgs do Modelo Estándar, o que significou un premio Nobel para Higgs e Englert en 2013, e o premio Príncipe de Asturias a Higgs, Englert e o CERN. Foi un momento histórico na física das partículas, confirmando unha das pezas que faltaba no Modelo Estándar.

Higgs e Englert. Fotos: CERN Talvez pareza que despois desta descuberta xa está pechado o capítulo do Modelo Estándar e que non hai xa nada máis por facer. Pero non é así. O descubrimento do bosón de Higgs foi só o comezo dunha nova fase, na que o estudo das súas propiedades é agora o obxectivo principal. Prodúcese como esperamos? Interacciona coas outras partículas como nos di a teoría? Existe só un bosón de Higgs ou hai máis?

A supersimetría, a proba

En efecto, hai moitas teorías que prevén a existencia de máis dun bosón de Higgs, un dos cales podería ser moi parecido co previsto polo Modelo Estándar. Tal é o caso da supersimetría (ou SUSY, para os amigos), unha destas novas teorías que tenta explicar algunhas das cuestións que o Modelo Estándar non consegue xustificar, como pode ser a materia escura do Universo. O estudo das propiedades do bosón de Higgs servirá para probar se o Modelo Estándar é correcto e quizais apuntar cara a algunha das novas teorías no caso de se observaren diferenzas claras con respecto ás previsións. Os novos datos que o LHC nos vai proporcionar neste segundo período de funcionamento, que está agora comezando, serán esenciais para poder responder algunhas destas cuestións.