6 implicaciones del hallazgo de una partícula bosón de Higgs

Los físicos han anunciado hoy (14 de marzo) que una partícula descubierta el año pasado en el mayor destructor de átomos del mundo es un bosón de Higgs, una partícula largamente buscada que se cree que explica cómo otras partículas obtienen su masa.

Descubierta en el Gran Colisionador de Hadrones (LHC), donde los protones giran a una velocidad cercana a la de la luz alrededor de un anillo subterráneo de 17 millas de longitud bajo Suiza y Francia, la partícula bosón de Higgs es la última pieza por descubrir del rompecabezas predicho por el Modelo Estándar, la teoría reinante de la física de partículas.

La confirmación de un bosón de Higgs, dicen los físicos, tendrá implicaciones de gran alcance. He aquí seis de las mayores consecuencias:

1. El origen de la masa
Durante mucho tiempo se ha pensado que el bosón de Higgs es la clave para resolver el misterio del origen de la masa. El bosón de Higgs está asociado a un campo, llamado campo de Higgs, que se teoriza que impregna el universo. Según la teoría, cuando otras partículas atraviesan este campo, adquieren masa del mismo modo que los nadadores que se mueven por una piscina se mojan.

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"El mecanismo de Higgs es lo que nos permite comprender cómo adquieren masa las partículas", dijo Joao Guimaraes da Costa, físico de la Universidad de Harvard que es el Coordinador del Modelo Estándar en el experimento ATLAS del LHC, el año pasado, cuando se anunció el descubrimiento. "Si no existiera tal mecanismo, entonces todo carecería de masa".

Confirmar que la partícula es un Higgs confirmaría también que el mecanismo de Higgs para que las partículas adquieran masa es correcto. "Este descubrimiento contribuye al conocimiento de cómo se produce la masa a nivel cuántico, y es la razón por la que construimos el LHC. Es un logro sin parangón", declaró el año pasado en un comunicado la catedrática de física de Caltech Maria Spiropulu, colíder del experimento CMS. [Galería: En busca del bosón de Higgs]

Además, puede ofrecer pistas sobre el siguiente misterio, que es por qué las partículas individuales tienen las masas que tienen. "Podría formar parte de una teoría mucho más amplia", afirma Lisa Randall, física de partículas de la Universidad de Harvard. "Saber qué es el bosón de Higgs es el primer paso para saber un poco más sobre lo que podría ser esa teoría. Está conectado".

2. El Modelo Estándar
El Modelo Estándar es la teoría reinante de la física de partículas que describe los pequeñísimos constituyentes del universo. Se han descubierto todas las partículas predichas por el Modelo Estándar, excepto una: el bosón de Higgs.

"Es la pieza que faltaba en el Modelo Estándar", dijo el año pasado Jonas Strandberg, investigador del CERN que trabaja en el experimento ATLAS, sobre el anuncio de la partícula. "Así que sería definitivamente una confirmación de que las teorías que tenemos ahora son correctas".

Hasta ahora, el bosón de Higgs parece ajustarse a las predicciones del Modelo Estándar. Aun así, el propio Modelo Estándar no se considera completo. Por ejemplo, no incluye la gravedad y deja fuera la materia oscura, que se cree que constituye el 98% de toda la materia del universo. [6 datos curiosos sobre la gravedad]

"Una prueba clara de que la nueva partícula es el bosón de Higgs del Modelo Estándar aún no completaría nuestra comprensión del universo", ha declarado hoy (14 de marzo) en un comunicado Patty McBride, directora del Centro CMS del Fermilab. "Seguiríamos sin comprender por qué la gravedad es tan débil y tendríamos que enfrentarnos a los misterios de la materia oscura. Pero es satisfactorio estar un paso más cerca de validar una teoría de 48 años de antigüedad".

3. La fuerza electrodébil
La confirmación del bosón de Higgs también ayuda a explicar cómo pueden unificarse dos de las fuerzas fundamentales del universo: la fuerza electromagnética, que rige las interacciones entre las partículas cargadas, y la fuerza débil, responsable de la desintegración radiactiva.[9 Misterios de la Física sin resolver]

Cada fuerza de la naturaleza está asociada a una partícula. La partícula ligada al electromagnetismo es el fotón, una partícula diminuta y sin masa. La fuerza débil está asociada a partículas llamadas bosones W y Z, que son muy masivas.

Se cree que el mecanismo de Higgs es el responsable de ello.

"Si se introduce el campo de Higgs, los bosones W y Z se mezclan con el campo, y a través de esta mezcla adquieren masa", dijo Strandberg. "Esto explica por qué los bosones W y Z tienen masa, y también unifica las fuerzas electromagnética y débil en la fuerza electrodébil".

Aunque otras pruebas han ayudado a amortiguar la unión de estas dos fuerzas, el descubrimiento del bosón de Higgs puede sellar el acuerdo.

4. Supersimetría
La teoría de la supersimetría también se ve afectada por el descubrimiento del bosón de Higgs. Esta idea postula que cada partícula conocida tiene una partícula "supercompañera" con características ligeramente diferentes.

La supersimetría es atractiva porque podría ayudar a unificar algunas de las demás fuerzas de la naturaleza, e incluso ofrece un candidato para la partícula que compone la materia oscura. Hasta ahora, sin embargo, los científicos sólo han encontrado indicios de un bosón de Higgs del Modelo Estándar, sin ningún indicio fuerte de partículas supersimétricas.

5. Validación del LHC
El Gran Colisionador de Hadrones es el mayor acelerador de partículas del mundo. Fue construido por unos 10.000 millones de dólares por la Organización Europea para la Investigación Nuclear (CERN) para sondear energías más altas de las que se habían alcanzado nunca en la Tierra. Encontrar el bosón de Higgs se promocionó como uno de los mayores objetivos de la máquina.

El hallazgo recién anunciado supone una importante validación para el LHC y para los científicos que han trabajado en la búsqueda durante muchos años.

"Este descubrimiento contribuye al conocimiento de cómo se produce la masa a nivel cuántico, y es la razón por la que construimos el LHC. Es un logro sin parangón", dijo Spiropulu en una declaración el año pasado. "Más de una generación de científicos ha estado esperando este preciso momento y físicos de partículas, ingenieros y técnicos de universidades y laboratorios de todo el mundo han trabajado durante muchas décadas para llegar a esta bifurcación crucial. Éste es el momento crucial para que hagamos una pausa y reflexionemos sobre la gravedad del descubrimiento, así como un momento de tremenda intensidad para continuar la recogida de datos y los análisis."

El descubrimiento del bosón de Higgs también tiene importantes implicaciones para el científico Peter Higgs y sus colegas, que propusieron por primera vez el mecanismo de Higgs en 1964. El hallazgo también arroja una luz simbólica sobre el homónimo del bosón, el difunto físico y matemático indio Satyendranath Bose, que junto con Albert Einstein, ayudó a definir los bosones. Una clase de partículas elementales, los bosones (que incluyen los gluones y los gravitones) median en las interacciones entre los fermiones (que incluyen los quarks, los electrones y los neutrinos), el otro grupo de bloques de construcción fundamentales del universo.

6. ¿Está condenado el universo?
El descubrimiento del bosón de Higgs abre la puerta a nuevos cálculos que antes no eran posibles, dicen los científicos, incluido uno que sugiere que al universo le espera un cataclismo dentro de miles de millones de años.

La masa del bosón de Higgs es una parte crítica de un cálculo que presagia el futuro del espacio y el tiempo. Con unas 126 veces la masa del protón, el bosón de Higgs es justo lo que se necesitaría para crear un universo fundamentalmente inestable que provocaría un cataclismo dentro de miles de millones de años.

"Este cálculo te dice que dentro de muchas decenas de miles de millones de años se producirá una catástrofe", declaró el mes pasado Joseph Lykken, físico teórico del Laboratorio Nacional de Aceleradores Fermi de Batavia (Illinois), en la reunión anual de la Asociación Americana para el Avance de la Ciencia.

"Puede ser que el universo en el que vivimos sea intrínsecamente inestable, y que en algún momento, dentro de miles de millones de años, todo quede aniquilado", añadió Lykken, colaborador del experimento CMS.

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