Bosón Higgs, estás aí?

2008/04/01 Roa Zubia, Guillermo - Elhuyar Zientzia Iturria: Elhuyar aldizkaria

• Fisika

Dicir que neste momento imos detectar o bosón Higgs é predicir o futuro e iso é perigoso. Ninguén sabe o que dará a física no futuro. Nin a física nin calquera outro ámbito humano. Paira moitos físicos, o caso do bosón Higgs é una predición a curto prazo; parece que facer predicións a curto prazo non é tan difícil como facelo a longo prazo. Con todo, é difícil.

Pero o bosón Higgs vai da palabra á boca entre os físicos. O acelerador LHC xerará (ou poderá xerar) a enerxía necesaria paira detectar o bosón, o que supón una gran esperanza. Prevese que apareza o bosón Higgs e a orixe da masa quede explicado.

Modelo estándar

A cuestión é por que os físicos creen que existe o bosón Higgs si nunca o viron. É certo que nunca o viron, pero tamén é certo que non teñen que ver a unha partícula paira darse conta da súa existencia. É como o vento: o vento non se ve, pero cando vemos as ramas das árbores en movemento sabemos que hai vento. E as súas características (velocidade, dirección, etc.) pódense medir.

No caso do bosón Higgs non hai nada tan simple como as ramas das árbores. É una partícula anunciada por un erro dunha gran teoría. Esta gran teoría é un modelo estándar que ordena a física das partículas. É similar á táboa periódica de elementos de química, pero é a de partículas subatómicas. Ordena as partículas en tres familias, dotándoas de sentido físico.

Non é una teoría perfecta, xa que só abarca tres das catro forzas fundamentais que existen no universo: o modelo explica a forza electromagnética, nuclear violenta e nuclear débil, pero a forza da gravidade non entra nesa teoría. Con todo, o modelo estándar é una teoría moi boa desde o punto de vista da física de partículas pequenas. Ademais de presentar partículas existentes, permite predicir as interaccións entre partículas. Concretamente, deséñanse os resultados dos experimentos que se realizan nos aceleradores en base ao modelo estándar.

Con todo, o modelo estándar ten un gran problema: non predí a masa de partículas. E os físicos saben que moitas partículas teñen masa, claro. Os electróns, os protones e os neutróns, por exemplo, teñen masa; todos os quark tamén o teñen, xa que forman protones e neutróns. Outros moitos non, como o fotón. Con todo, segundo o modelo estándar clásico, todas as partículas son libres de masa e desprázanse á velocidade da luz.

Teoría de Higgs

Sen poder explicar a masa, os físicos en situación crítica XX. A mediados do século XX. A teoría era moi boa paira comprender as partículas atopadas, pero non explicaba a masa das partículas. Era imprescindible ter en conta este erro e emendalo.

Pero como? Os físicos desenvolveron novas teorías paira solucionar o modelo. Cara a 1964 una destas teorías impúxose fronte a outras: A teoría de Higgs. Lembrámolo co nome do escocés Peter Higgs, pero hai que destacar que moita xente participou no desenvolvemento da teoría, é dicir, non foi una casualidade. Tres grupos traballaron a mesma idea nas súas respectivas vías: por unha banda, o estadounidense Robert Brout e o belga Francois Englert; por outro, os estadounidenses Gerald Guralnik e Carl Richard Hagen e o inglés Tom Kibble; e por último, o propio Higgs, baseado no traballo do xaponés Yoichiro Nambu.

Esta teoría supón que todas as partículas están incluídas nunha zona, a de Higgs. Esta suposta zona ten un carácter especial, xa que algunhas partículas móvense dentro da zona sen ningún tipo de obstáculos e outras non, porque teñen una interacción coa zona.

Sería como que as persoas pasasen por un millo. As plantas de millo están plantadas en liñas, polo que se se moven en diferentes direccións, o camiñante non ten obstáculos paira avanzar. Pero si cambia un pouco o ángulo do percorrido, é dicir, se se despraza dalgunha maneira, chocará continuamente coas plantas de millo. A zona de Higgs paira as partículas sería a mesma que paira os camiñantes: unhas partículas móvense sen obstáculos e outras chocan coa zona.

O exemplo pode servir paira comprender o concepto de zona, pero hai que destacar que o campo de Higgs non é algo que inflúa espacialmente. Pola contra, serve paira explicar a interacción entre as partículas e a área. As partículas que non interaccionan móvense á velocidade da luz e non teñen masa, e as que chocan móvense máis lentamente e teñen masa. Por exemplo, o fotón móvese sen obstáculos na zona de Higgs, móvese sen obstáculos na zona de Higgs e o electrón non.

Una zona, una partícula

Se a teoría de Higgs é correcta, por que deben buscar una partícula e non un campo? A cuestión é que en física son o mesmo. Dalgunha maneira, cada tipo de campo transmítese a través de diferentes partículas. O fotón transmite o campo electromagnético, que é o exemplo máis claro. E o resto de forzas transmítense a través das partículas. Os bosones Z e W transmiten una forza nuclear débil e un conxunto de quarks transmiten una forza nuclear violenta. Á súa vez, a zona de Higgs é transmitida por unha partícula. Segundo a teoría, esta partícula é un bosón, polo que a detectar denomínaselle bosón Higgs.

Ao final, se atopan o bosón, descubrirán o campo e o mecanismo teórico que dá masa ás partículas quedará confirmado.

A teoría tamén anunciou as características de leste bosón. Se existe, necesita una partícula pesada. Isto significa que o impacto que deben provocar paira detectar esta partícula é moi enerxético. Hai, por tanto, dous aceleradores no mundo paira poder realizar un experimento deste tipo: Tevatron e o prestixioso LHC que agora se pon en marcha.

O primeiro, Tevatron, pertence á organización Fermilab, un xigantesco centro de investigación de física de partículas en Estados Unidos. A segunda, o LHC, pertence ao laboratorio CERN, organización europea co mesmo obxectivo. En parte, a detección do bosón Higgs converteuse nun concurso entre Europa e Estados Unidos. Isto non é do todo certo, porque moitos científicos de Fermilabe de Estados Unidos están a participar na preparación do novo LHC e realizarán alí experimentos. Pero, doutra banda, atopar o bosón Higgs en casa pode ter moita importancia e, desde este punto de vista, é una gran competición. A maior esperanza atópase no LHC, xa que nestes sete anos nos que Europa estivo sen aceleradores xigantes, non foi descuberto en Tevatron.

E si non existe?

Ao final, Europa podería detectar o bosón Higgs. Ou Estados Unidos. Ou os estadounidenses co acelerador europeo ou, quen sabe, co acelerador estadounidense. A competencia está aberta. Pero, por suposto, hai outra opción: que ninguén atope o bosón Higgs. Entón, que?

É fácil saber cando se detectou una partícula existente, pero é moi difícil decidir que esa partícula non existe porque non a detectaron. Se non o detectan, podería pensarse que coa mellora do experimento si aparecerá. Por tanto, non hai fin (mellor devandito, o final sería pechar a fonte de ingresos).

Hai quen di que o bosón Higgs xa apareceu en varios experimentos, pero os científicos non se deron conta, porque non o esperaban. Con todo, se isto é certo, deseñarase facilmente un experimento paira atrapar ao bosón Higgs.

E poida que os físicos teñan que esperar outra teoría. Polo menos una cousa está clara: a masa existe e antes ou despois terán que explicar por que.