El bosón de Higgs (“la partícula de Dios”) en 9 claves

Hoy es un día histórico para quienes nos dedicamos a la física. Aunque el anuncio del descubrimiento parece que no será definitivo, dos equipos del CERN tienen evidencias de una partícula que hemos perseguido durante décadas: el bosón de Higgs.

Os propongo explorar, de manera sencilla, algunas cuestiones relacionadas con esta aventura científica: ¿qué es el bosón Higgs? ¿por qué es tan importante encontrarlo? ¿de dónde surgió el apodo “la partícula de Dios”?

Pero, antes de nada, demos un pasito atrás y comencemos por una pregunta más sencilla:

1.- ¿De qué está formada la materia?

La materia esta formada por átomos.

Un átomo es como un Sistema Solar en miniatura: tiene un gran núcleo central (compuesto por protones y neutrones) y a su alrededor giran los electrones.

2.- ¿De qué estan formados los protones y los neutrones?

Los protones y los neutrones están formados de unas partículas más pequeñas que se llaman quarks.

Hay 6 tipos de quarks y fueron bautizados con nombres un poco extraños: el quark “arriba”, el quark “abajo”, el quark “encanto”, el quark “extraño”, el quark “cima” y el quark “fondo”.

Un protón está formado por 2 quarks “arriba” y 1 quark “abajo”. Un neutrón está formado por 1 quark “arriba” y 2 quarks “abajo”.

3.- ¿Y de qué están formados los electrones?

Al contrario que los protones y los neutrones, los electrones son partículas elementales, es decir, no se pueden dividir más.

4.- Vale, entonces el electrón y los quarks son partículas elementales, ¿cuál es el problema?

El problema es que no comprendemos por qué estas partículas tienen masas tan diferentes. Por ejemplo, un quark “cima” pesa 350.000 veces más que un electrón. Para que os hagáis una idea de lo que significa este número: es la misma diferencia de peso que hay entre una sardina y una ballena.

5.- ¿Cuál es la solución a este problema?

En 1964, el físico inglés Peter Higgs, junto a otros colegas, propuso la siguiente solución: todo el espacio está relleno de un campo (que no podemos ver) pero que interacciona con las partículas fundamentales. El electrón interactúa muy poquito con ese campo y por eso tiene una masa tan pequeña. El quark “cima” interacciona muy fuertemente con el campo y por eso tiene una masa mucho mayor.

Para comprender esto, volvamos a la analogía de la sardina y la ballena. La sardina nada muy rapidamente porque es pequeñita y tiene poco agua alrededor. La ballena es muy grande, tiene mucho agua alrededor y por eso se mueve más despacio. En este ejemplo, “el agua” juega un papel análogo al “campo de Higgs”.

Si lo pensáis despacio, la teoría de Higgs es muy profunda pues nos dice que la masa de todas las partícula está originada por un campo que llena todo el Universo.

6.- ¿Problema resuelto?

No tan rápido, caballeros. En física, una teoría sólo es válida si podemos verificarla con experimentos. La historia de la ciencia está repleta de teorías hermosísimas que resultaron ser falsas.

El campo de Higgs es sólo una teoría. Para comprobarla necesitamos encontrar la partícula asociada al campo de Higgs: el llamado “bosón de Higgs”.

7.- ¿Por qué es tan difícil observar el bosón de Higgs?

Cuando queremos detectar el bosón de Higgs nos enfrentamos a 2 problemas fundamentales:

1) Para generar un bosón de Higgs, se necesita muchísima energía. De hecho, se necesitan intensidades de energía similares a las producidas durante el Big Bang. Por eso hemos necesitado construir enormes aceleradores de partículas.

2) Una vez producido, el bosón de Higgs se desintegra muy rápidamente. Es más, el bosón de Higgs desparece antes de que podamos observarlo. Sólo podemos medir los “residuos” que deja al desintegrarse.

Estos dos problemas son de una complejidad tan tremenda que para resolverlos hemos necesitado el trabajo de miles de físicos durante varias décadas.

8.- ¿Y el término “la particula de Dios”? ¿Acaso no éramos científicos?

El origen del apelativo “la partícula de Dios” es una de mis anécdotas favoritas en física.

Allá por los años 90, Leo Lederman, un Premio Nobel, decidió escribir un libro de divulgación sobre la física de partículas. En el texto, Lederman se refería al bosón de Higgs como “The Goddamn Particle” (“La Partícula Puñetera”) por lo difícil que resultaba detectarla.

El editor del libro, en un desastroso arranque de originalidad, decididió cambiar el término “The Goddamn Particle” por “The God Particle” y así “La Partícula Puñetera” se convirtió en “La Partícula de Dios”.

9.- ¿Una vez se confirme la teoría de Higgs, la física de partículas se ha terminado?

No. La detección del bosón de Higgs es sólo el comienzo de nuevas aventuras (¡los físicos seguiremos teniendo trabajo por mucho tiempo!).

Todavía quedan decenas de problemas que estamos muy lejos de resolver. Algunos ejemplos: ¿qué es la materia oscura? ¿cómo formular una teoría cuántica de la gravedad? ¿los quarks y los leptones son verdaderamente partículas elementales o tienen una subestructura? ¿todas las fuerzas se unifican a una energía suficientemente alta?

Al final, nuestro trabajo como científicos consiste en avanzar, aunque sólo sea un pasito, para que las generaciones futuras comprendan, un poquito mejor que nosotros, cómo funciona este hermoso Universo que nos rodea.

(Crédito de la fotografía: Secretaria de Estado de Investigación, Desarrollo e Innovación)

Zapatero, Rajoy, Relatividad y Mecánica Cuántica

En las primeras décadas del siglo XX, una generación de físicos transformó nuestra concepción del universo con el descubrimiento de la relatividad y la mecánica cuántica.

En los albores del siglo XXI, Jose Luis Rodríguez Zapatero y Mariano Rajoy, dos portentos intelectuales y presidentes del gobierno de España, revolucionaron la historia política de Occidente. Los paradigmas teóricos introducidos por Zapatero y Rajoy fueron bautizados como “política relativista” y “política cuántica” debido a las insólitas semejanzas con sus análogos físicos.

La relatividad de Einstein reposa sobre una constante fundamental: la velocidad de la luz, “c”. Ningún objeto en el universo puede viajar más rápido que la luz. La relatividad de Zapatero introduce una nueva velocidad absoluta, representada por dos letras mayúsculas, “ZP”. Ninguna forma de gobierno en todo el universo puede destruir más empleos por segundo que ZP.

La dilatación del espacio-tiempo corresponde a la dilatación del déficit en la teoría de Zapatero. Un presidente que viaja a la velocidad mental ZP puede asegurar, antes de marcharse, que el deficit de 2011 era de un 6%. En cualquier otro sistema de referencia, ese déficit mide un 8.5%.

Zapatero inventó también la célebre relación de equivalencia E = m (ZP)2, donde “E” es la tasa de desEmpleo y “m” la masa de Angela Merkel. El paro debe medirse, por lo tanto, en “kilogramos de desempleado/segundo”. Rogamos al Instituto Nacional de Estadística que rectifique y utilice estas unidades en sus próximos estudios sobre el mercado laboral español.

Einstein nos enseñó que la percepción del espacio y el tiempo depende del estado de movimiento del observador. Con Zapatero aprendimos que la percepción de la realidad depende del ingenio del gobernante. Sólo un Zapatero atravesando el espacio-tiempo hacia la peor depresión económica en 80 años, puede declarar: “en la próxima legislatura lograremos el pleno empleo” (julio de 2007), “la crisis de EEUU no afectará a España en absoluto” (septiembre de 2007), “la crisis es una falacia, puro catastrofismo” (enero de 2008), “España no está en crisis porque tiene sólidos fundamentos” (febrero de 2008) y “es probable que lo peor de la crisis económica haya pasado ya” (abril de 2009).

Mariano Rajoy generalizó la mecánica cuántica hasta convertirla en un arte de gobierno. Como explicó Louis de Broglie, todo cuerpo en el universo puede comportarse como onda y como partícula (tambien llamada “cuantum”). Por ejemplo, el fotón es el cuantum asociado a la radiación electromagnética. Rajoy demostró que un presidente también tiene su propio cuantum: en su caso, el “cuantum-recortum”.

El sueño de cualquier físico consiste en descubrir la teoría que engloba a la mecánica cuántica y a la fuerza gravitatoria. La hipótesis mejor posicionada para lograr la unificación era conocida como “teoría de cuerdas”. Rajoy fue más allá, desarrollando la “teoría de sogas”, que logra asfixiar la inversión en ciencia y la ayuda al tercer mundo en un mismo decreto-ley.

Rajoy también superó el “principio de incertidumbre de Heisenberg” con el “principio de certidumbre de Mariano”. Un gobierno presidido por Rajoy contiene la certidumbre de incumplir todos sus compromisos electorales. En apenas cuatro meses, Mariano Rajoy ha violado sus tres grandes promesas: “no subiré los impuestos”, “no abarataré el despido laboral” y “no tocaré ni la educación ni la sanidad”.

Mi formación como físico teórico me impulsa a sugerir a mis colegas del CERN el siguiente experimento: introduzcamos a Zapatero y Rajoy en el Gran Acelerador de Hadrones (que sería rebautizado como “Gran Acelerador de Ladrones”) y lanzémoslos uno contra otro. Mis cálculos predicen que la colisión creará un agujero negro de estupidez tan intenso que engullirá el universo.

Ojalá las civilizaciones que surjan de futuros Big Bangs demuestren más sensatez eligiendo a sus líderes.