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viernes, agosto 12, 2022
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10 años de Higgs

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|Gerardo Herrera Corral

Hace una década, el Centro Europeo de Investigaciones Nucleares (CERN) anunció el descubrimiento del bosón de Higgs. Había pasado casi medio siglo desde que se pronosticara la existencia de esta singular partícula. Pero no fue un periodo de espera pasiva, pues durante todo ese tiempo se consolidó el “modelo estándar”, que es el nombre que se ha dado a la concepción que tenemos de la estructura del mundo. En efecto, durante todo ese tiempo se observaron los diferentes quarks (1969, 1974, 1977, 1995), los bosones , responsables de la interacción débil (1983), los gluones que median la fuerza fuerte (1979), uno de los neutrinos (2001) y el leptón tao (1974). Es decir, la mayor parte de las componentes en la tabla de los elementos.

Para comienzos del presente siglo ya solo faltaba evidencia experimental del mecanismo peculiar que predecía la existencia de esa partícula curiosa y distinta de las otras; que debería interaccionar con ellas haciéndolas pesadas, resistentes al movimiento, poseedoras de masa. Al hacerlo, debería dejar intactas las simetrías del Universo.

Finalmente, el 4 de julio de 2012, los experimentos del Gran Colisionador de Hadrones en Ginebra, Suiza, mostraron señales que delataban con suficiente claridad la presencia del Higgs en el choque de protones contra protones a la más alta energía que los aceleradores de partículas han alcanzado a través de su poderoso representante: el superlativo LHC.

¿Qué ha pasado en los diez años que van de 2012 —año del descubirimiento— a 2022? Veamos algunos de los acontecimientos relevantes alrededor del hallazgo más sorprendente en lo que va del siglo; hacerlo nos muestra la manera como se cocina la física en la frontera del conocimiento:

2012 El CERN anunció el descubrimiento de una partícula pesada que se desintegra como lo haría la partícula prevista en los años sesenta y a la que se llegó a conocer con el nombre de Higgs

2013  A comienzos de este año, los experimentos del CERN confirmaron que la partícula observada en el verano del año anterior tenía las características esenciales de lo que esperábamos para el Higgs. Para esto echaron un vistazo a la manera como este corpúsculo gira sobre el eje, y cómo se vería en un espejo. En marzo de ese año el laboratorio declaró:

  • “Los experimentos ATLAS y CMS han comparado varias opciones sobre el espín o giro y la paridad o imagen especular de la nueva partícula y encuentran que lo más probable es que no tenga espín y que lleve una paridad par. Esto, aunado al hecho 2014 El experimento CMS, también en el Gran Colisionador de Hadrones, aseguró haber observado la desintegración del Higgs en dos taones. La ausencia de este decaimiento en el anuncio de 2012, cuando se comunicó el descubrimiento, había inquietado a la comunidad. Ante la ausencia inicial de este tipo de desintegración los físicos habían comenzado a pensar en desviaciones del modelo, pero la detección experimental reafirmó las características esperadas del objeto observado en 2012 como el Higgs estándar.
  • Este año se otorgó el premio Nobel a Peter Higgs y Francois Englert por el descubrimiento teórico del mecanismo que contribuye a nuestra comprensión del origen de la masa de las partículas subatómicas.
  • La Sociedad Europea de Física concedió el premio “Altas energías y física de partículas” a las colaboraciones ATLAS y CMS por el descubrimiento de una nueva partícula pesada con las propiedades del buscado bosón de Higgs.

2015 Los experimentos CMS y ATLAS reunieron sus datos para medir y publicar la medición de la masa de la nueva partícula con la mayor precisión posible. El Higgs pesa el equivalente de 134 átomos de hidrógeno. Posteriormente, en ese mismo año las colaboraciones experimentales dieron a conocer también la intensidad a la que el Higgs se acopla con aquellas que tienen masa confirmando así las propiedades previstas. de que las desintegraciones observadas corresponden con las expectativas, nos permite afirmar que la nueva partícula es el bosón de Higgs.

2016 La crisis que al principio fue tolerable se hizo evidente y aguda: la masa del Higgs es muy pequeña como para ser “natural”. En este año el Gran Colisionador de Hadrones cumplió ya siete de funcionamiento y registro de datos, lo hizo ya con más energía y mejores detectores. En 2015 había comenzado una nueva etapa de mediciones, pero las búsquedas exhaustivas no mostraron la presencia de nuevas partículas. De haber visto objetos nuevos se hubiera podido entender que el Higgs tenga una masa tan pequeña, restaurando así lo que los físicos llamamos “naturalidad”, uno de los grandes temas centrales alrededor del Higgs en la actualidad. Significa que, para obtener el valor de masa que mencionamos antes es necesario que muchos procesos naturales se cancelen unos con otros en la manera como el Higgs interacciona con el vacío para que, al final, acabe dando el valor que tiene. El que grandes números se cancelen con tal precisión para dar la masa del Higgs “no es natural”, decimos que eso es “entonación fina”. Y no es algo que los físicos queremos en nuestra manera de describir la naturaleza porque, como dijo alguien, “es como si el viento que entra por la ventana y las vibraciones de la mesa se compensan de tal manera y con tal precisión que un lápiz colocado de punta sobre ella se mantendría en equilibrio sin caer”. Esto no es natural, más bien parece implicar una conspiración sutil. La crisis de naturalidad que originó el Higgs es un problema abierto.

2017 El premio W K H Panofsky que otorga la American Physical Society se destinó a las colaboraciones ATLAS y CMS por el papel instrumental que han desempeñado en el descubrimiento del bosón de Higgs. Se reconoce de esta manera la labor colectiva alrededor del importante hallazgo.

2018 La colaboración ATLAS presentó evidencia experimental de la producción de Higgs asociado con un par de quarks: top y antitop. Solo 1% de los higgses producidos se genera de esta manera. La importancia de esta observación radica en que, como el quark top es el más pesado de todos, los eventos de este tipo son la prueba más sensible del mecanismo previsto con que el Higgs da masa a las partículas. A este mecanismo se lo conoce como acoplamiento de Yukawa, en honor al físico japonés Hideki Yukawa, y es la manera como los quarks adquieren masa. La observación es de gran significado, pues coincide con lo esperado del modelo estándar.

2019  A estas alturas se seguía discutiendo la posibilidad de que el Higgs sea responsable de la inflación cósmica. Por las características que tiene esta partícula escalar (es decir, sin espín o giro, y por la manera como se refleja su imagen en un espejo) podría ser el “inflatón” que los cosmólogos inventaron para explicar el crecimiento desmesurado del espacio-tiempo cuando el universo apenas comenzaba. Gracias a este súbito crecimiento el universo se estabilizó.

2020 La discusión sobre el valor de la masa del Higgs y la estabilidad del Universo siguió siendo un tema central de las investigaciones teóricas. Los valores reportados en la tabla de propiedades de este año muestran la masa del Higgs en conjunto con la masa del quark más pesado, lo cual indica que nuestro Universo se encuentra en el umbral de la estabilidad y la metaestabilidad. El tema sigue en el centro de las polémicas.

2021 Aunque la masa que tiene el Higgs no puede dar cuenta de la materia oscura, surge la posibilidad de que, como consecuencia de las propiedades del Higgs, existan monopolos magnéticos, aunque estos no han sido observados.

2022 El Gran Colisionador de Hadrones comenzó operaciones después de más de tres años de pausa por labores de mantenimiento y construcción de lo que será el nuevo acelerador, HL-LHC (High Luminosity Large Hadron Collider o Gran Colisionador de Hadrones de Alta Luminosidad). En esta tercera temporada las colisiones de protones contra protones tendrán lugar a la más alta energía de todos los tiempos. Nuevos horizontes se abren en el estudio de los detalles que definen al Higgs y los fenómenos asociados.

Así, el Higgs se ha consolidado como tal, ha resuelto muchas preguntas y planteando nuevas interrogantes. Hoy, a diez años de su descubrimiento, uno se pregunta qué puede ser lo más relevante de esta hazaña científica. Una posible respuesta sería la impactante capacidad de predicción que hemos logrado. La construcción teórica alcanzada que permitió predecir su existencia y sus propiedades y, no obstante, creo que no, no es esto lo más trascendental.

No es tampoco la portentosa tecnología que fue necesario construir para poder verlo. Un acelerador de partículas gigantesco, enormes detectores provistos con los dispositivos más sensibles y leídos con la más avanzada electrónica e imponentes sistemas computacionales. Pero no es eso lo más impresionante detrás del avance que representa la observación del Higgs.

Quizá tampoco es la organización social o la pasión de la gente que se propuso llevar a cabo un proyecto de largo aliento, personas que se embarcaron en un viaje sabiendo que podría no haber un puerto donde atracar; que se exigieron una disciplina extraordinaria por años y entregaron la mayor parte de su vida al trabajo preciso, detallado, colmado de dificultades y tropiezos para, por fin, lograr lo que nadie antes consiguió.

Lo más importante en la observación del Higgs descansa en la esencia de lo que esta partícula representa: es la revelación de la naturaleza que puede ser tan sutil como la matemática de fondo, esa que lo mismo permite la presencia de una profunda simetría que su ruptura. Es el Universo develando el mecanismo tan bello que habita en el interior de las cosas, el misterio que no desaparece, sino que se reafirma cuando el rostro aparece sonriente ante nuestros ojos, cuando el universo nos muestra que en su funcionamiento hay álgebra y geometría cuidadosa y frágil como parte de un proceder delicado y estrujante. Lo que realmente paraliza en el descubrimiento del Higgs es ver eso, el fenómeno y su razón de ser, la belleza de las matemáticas y su hermosa presencia en este mundo improbable.

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