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viernes, agosto 12, 2022
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Bosones traviesos

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El físico teórico escocés Peter Higgs supuso su existencia en 1964. Desde entonces los físicos experimentales se lanzaron a buscar esa diminuta partícula. Encontrarla era crucial para empezar a explicar cómo en el nivel súpermicroscópico los cuerpos adquieren su masa. Cincuenta años después no había sido posible acumular la suficiente evidencia experimental para determinar su existencia. Esto quería decir que, o bien no se había alcanzado la energía donde debería aparecer, de modo que se tuvieran tantos datos como para poder rastrearla paso a paso, o bien no existía.

De acuerdo al modelo Estándar los quarks no andan libres, los acompañan los leptones y los bosones de norma o intermediarios, que durante muchos años fueron necesarios desde el punto de vista teórico para mantener la coherencia del modelo Estándar. Hasta que llegó el verano de 2012. El 4 de julio de ese año, en los experimentos ATLAS y CMS se hizo visible por primera vez la inasible partícula. Con el descubrimiento del bosón de Higgs el cuadro quedó completo. O casi. Entre los bosones se incluye los fotones, que sirven de intermediarios en la emisión de luz. Esta familia de partículas nos remite a uno de los fundamentos conceptuales de esta ciencia experimental: la simetría y la idea de la invariancia.

Cuando hablamos de un patrón simétrico queremos decir que su forma no cambiará si la invertimos o si la reflejamos en un espejo. En cada caso podemos definir aquellas operaciones respecto de las cuales la forma es simétrica. Así, un rectángulo es simétrico con respecto a una rotación de 1800 alrededor de su centro. Los físicos han extendido estconcepto más allá de su ámbito geométrico, pues piensan que es posible mantener intactas las leyes de la naturaleza si se aplican determinadas operaciones traídas del reino de las matemáticas. En consecuencia, pueden afirmar que casi todas las leyes de la conservación responden a cierta simetría elemental, esto es, a un principio de invariancia.

Las partículas que conocemos en el Universo se agrupan en dos familias: leptones y quarks, más el grupo de bosones intermediarios. El más conocido de los leptones es el electrón, que tiene dos primos cercanos y más pesados: el muón y la partícula tau. Sobre todo esta última posee una masa mucho mayor que el electrón. Cada una de tales partículas tiene un socio, llamado neutrino, por lo que se conocen como neutrino del tau (descubierto en 2000), neutrino del muón y neutrino del electrón.

Una segunda familia es la de los quarks, que cuenta con seis miembros, esto es, tres partículas con su respectiva antipartícula: up (u), down (d), charm (c), strange (s), top (t) y bottom o beauty (b). Los nombres de estas partículas no tienen nada que ver con lo que denotan en la vida diaria, constituyen una forma simple de memorización y, desde luego, sirven para evocar la simetría que guardan entre ellas.

Hasta 1983 los bosones intermediarios eran solo entes hipotéticos para mantener dichos principios. Ese año, en los experimentos UA1 (Underground Area 1) y UA2 se acumuló el número suficiente de colisiones como para determinar la existencia de partículas W+ , W- y Z0. Así quedó corroborado el mecanismo BEH, el cual predecía que las familias se relacionaban de manera indirecta, intercambiando una especie de “regalos”. En efecto, es esta otra clase de partículas las que establecen la interacción. Según la teoría más cuestionada y la más sólida, el modelo Estándar de la materia, las partículas representan los cuatro campos de fuerza en el Universo. Uno de ellos, el electromagnetismo, se manifiesta mediante el fotón. La fuerza o campo fuerte la aplican los ocho gluones conocidos, mientras que la fuerza débil es responsabilidad de los bosones W+ , W- y Z0. Los físicos piensan que la gravedad interactúa a través de su propia partícula, el gravitón, pero aún no se encuentran pruebas experimentales de su existencia. También las partículas intermediarias a veces se comportan como ondas. Eso le sucede al fotón: de pronto lo detectamos en forma de onda electromagnética propagando su interacción por el espacio a la velocidad de la luz.

Casi dos décadas después se alcanzó la energía y precisión en el choque de partículas (en este caso, protones contra protones) suficiente para afirmar que, en efecto, existe al menos un bosón como lo predice el mecanismo de BEH.

Le pregunté en 2012 al entonces director general, Rolf Heuer; a los líderes de ATLAS, David Charlton, y CMS, Joe Incandela, su impresión sobre el premio, que se agregaba al Premio Príncipe de Asturias, concedido en mayo de ese año a los flamantes Nobel y también al CERN. Todos estuvieron de acuerdo en que sintieron legítimo orgullo por ambas distinciones. Heuer hizo notar la creciente participación de la comunidad iberoamericana no solo en ATLAS y CMS, sino en los otros experimentos, lo cual permite que España y Brasil (países miembros), así como México, Colombia y Perú estén entrenando desde hace décadas expertos en diversas áreas de frontera y ciencia extrema.

Quienes conocieron a Brout (murió en 2011) lo recuerdan como un tipo muy astuto, con una enorme experiencia en mecánica estadística, lo cual sabía combinar con su poderosa capacidad de intuición en el momento de resolver un problema físico. Al igual que Englert, contribuyeron a aterrizar ciertas ideas un tanto esotéricas de la mecánica cuántica que aún se ventilaban en los años de 1960. Higgs es un hombre paciente, emotivo y entregado a la enseñanza de la física teórica. Cansado y, tal vez melancólico, no obstante disfrutó, junto con François Englert, y se emocionó hasta las lágrimas durante la celebración que el 4 de julio de 2012 se llevó a cabo en el auditorio del CERN, cuando se hizo el anuncio oficial del descubrimiento.(CCh)

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