¡Casi 50 años! Eso es lo que tardó el CERN en anunciar el descubrimiento del bosón de Higgs, la famosa “partícula de Dios” que había sido propuesta en el año 1964 por el físico Peter Higgs para dar explicación a la pregunta “¿por qué tienen masa las partículas fundamentales?”.
En aquel momento, a comienzos de la década de 1960, se habían descubierto – o propuesto – un gran número de partículas fundamentales y teorías que afirmaban cómo se relacionaban e interactuaban entre sí para dar lugar a la materia. Sin embargo, en todas ellas había algo que fallaba: no encontraban la forma de explicar la existencia de la masa.
EL MODELO ESTÁNDAR
Cualquier partícula que se te venga a la cabeza, ya sean los electrones, protones, neutrones, quarks… está regulada y caracterizada por el Modelo Estándar, un marco teórico que describe a todas las partículas fundamentales y las fuerzas que actúan entre ellas en el universo. Sin embargo, todas ellas pueden dividirse en dos categorías muy sencillas: fermiones y bosones. Los primeros engloban a todas aquellas partículas que componen la materia que ves en el universo, como los quarks, que forman protones y neutrones, o los leptones, componentes de los electrones. Los bosones, por su parte, incluyen a todas aquellas partículas que regulan las interacciones entre los fermiones, mediando la fuerza que actúa entre ellas.
Hasta 1960, la mayoría de los fermiones y bosones eran conocidos, pero el Modelo Estándar no conseguía describir con precisión las interacciones entre las partículas, pues no lograban encontrar el elemento que diese explicación a cómo las partículas obtenían su masa. Peter Higgs, intuyendo que el eslabón perdido era un bosón que mediaba una interacción aun desconocida, desarrolló una teoría revolucionaria que le permitía dar explicación al Universo y poner el broche de oro al Modelo Estándar. Definió la existencia de un campo omnipresente, llamado Campo de Higgs, capaz de interactuar con las partículas, conferirles masa y que contaba con una partícula asociada: el bosón de Higgs.
LA REVOLUCIÓN DEL CAMPO DE HIGGS
Pero, ¿cómo se define exactamente ese campo de Higgs? Pues bien, imagina un campo invisible que se extiende a lo largo de todo el Universo, similar al campo magnético solo que, en vez de interactuar con partículas cargadas, nuestro campo imaginario interactúa solo con todas las partículas que tengan masa: ese es el campo de Higgs. Las partículas que interactúan con ese campo adquieren masa, tal y como si esta fuera causada por una “fricción” contra el campo. Las partículas con mayor fricción o que interactúan más fuertemente, serían aquellas de masa mayor, mientras que las que interactuasen muy poco tendrían una masa mínima.
Así, el mecanismo propuesto por Higgs explicaría perfectamente cómo las partículas irían adquiriendo masa al interactuar con el campo. En otras palabras, cuando una partícula avanzase a través del Campo de Higgs, encontraría una cierta resistencia, tal y como un nadador que encuentra resistencia al moverse en el agua. Cuanta más resistencia encuentra, mayor es la masa que obtiene. En el caso de los fotones, por ejemplo, partículas sin masa, estos no tendrían ningún tipo de interacción con el campo.
Ahora bien, la existencia de ese Campo de Higgs requiere la presencia de una partícula asociada a él: el bosón de Higgs. Esta partícula actuaría como una especie de mensajero o de “manifestación cuantizada” del campo. En otras palabras, el bosón sería como una excitación puntual del campo y detectar el bosón de Higgs haría referencia a detectar las pequeñas fluctuaciones que pueden ocurrir en el Campo de Higgs debido a esas “fricciones” o interacciones con las partículas. De ahí que sea tan difícil detectarlo: existe tan solo durante una fracción extremadamente pequeña de un segundo y es altamente inestable. Al fin y al cabo, solo dura lo que tarda en ocurrir una pequeña interacción.
LA ANSIADA DETECCIÓN
En el año 2012, el CERN confirmó aquello que ya se había empezado a sospechar desde 2011 tras unos resultados singulares en el Gran Colisionador de Hadrones (LHC), el acelerador de partículas más grande y potente del mundo: el bosón de Higgs había sido detectado. En este entorno, los protones se aceleran a velocidades muy altas, cercanas a la de la luz, y se hacen colisionar entre sí. Este proceso es muy interesante y útil para la comunidad científica pues, en estas colisiones, se producen una gran cantidad de partículas subatómicas y, entre ellas, el famoso bosón. Seguramente como resultado de alguna fluctuación del campo de Higgs por los potentes choques, los científicos identificaron la presencia de una partícula con propiedades similares a las predichas por Higgs medio siglo atrás.
Aunque la primera observación fue en 2011, los científicos del CERN tardaron dos años en confirmar la existencia y detección de la partícula, pues necesitaron buscar patrones específicos y firmas características de esas partículas producidas, con el objetivo de no cometer un error en el ansiado anuncio. Finalmente, el 4 de julio de 2012 la noticia fue pública, confirmando el bosón como una realidad y validando de esa forma la Teoría del Campo de Higgs en la física de partículas.
La detección del bosón fue, sin duda, uno de los grandes logros de la física moderna, que reafirmó la comprensión más fundamental de la naturaleza y de la estructura del Universo. A día de hoy, sigue representando un paso significativo en el avance de la física de partículas, y ha establecido un nuevo estándar para la percepción del mundo subatómico.
