El Bosón de Higgs

Interrumpimos nuestra programación habitual para dar entrada al hallazgo científico más importante en años recientes.

El reporte -lo del galardón Príncipe de Asturias es lo de menos, no se trata mas que del criminal y vetusto régimen español queriendo colgarse al furgón de cola del tema- nos los comparte Gara:

El descubrimiento del bosón de Higgs

Fernando Plazaola desgrana las características del LHC, el sofisticado telescopio que ha permitido el descubrimiento del bosón de Higgs, y la importancia de haber confirmado la existencia de esta partícula elemental. Pero sobre todo subraya que este descubrimiento, alcanzado tras 50 años de trabajo, es el logro de generaciones de científicos, el logro de toda la comunidad científica.

Fernando Plazaola | Vicerrector de Investigación de la UPV/EHU

El pasado 29 de mayo todos los medios anunciaban la concesión del Premio Príncipe de Asturias 2013 de Ciencia a los científicos que predijeron el bosón de Higgs y al laboratorio donde se realizó el descubrimiento de esa partícula: la Organización Europea para la Investigación Nuclear, CERN. La distinción fue otorgada por unanimidad, en el seno de la prestigiosa comisión presidida por el catedrático de la UPV/EHU y director del DiPC Pedro Miguel Etxenike.

El bosón de Higgs es la partícula elemental que goza de mayor popularidad fuera del mundo científico. Cuando en 2012 el CERN hizo público el descubrimiento de una nueva partícula que podría ser el bosón de Higgs, los medios de todo el mundo se hicieron eco del enorme esfuerzo realizado en el LHC (iniciales en inglés del Gran Colisionador de Hadrones, situado en el laboratorio internacional CERN) para dilucidar si el Higgs existía o no.

El gran colisionador LHC es un telescopio muy sofisticado capaz de escudriñar las distancias más pequeñas que el hombre pueda alcanzar. La idea que sustenta su funcionamiento es primitiva: la que todos hemos utilizado y seguimos utilizando cuando somos niños y que podemos denominar «sacar las tripas al aparato» con el fin de saber de qué está hecho. En este caso, al «sacar las tripas a los protones» se han descubierto diferentes partículas elementales y, por fin, el bosón de Higgs. Para ello, se hacen chocar protones entre sí a velocidades enormes. Así se consigue «romper» los protones en multitud de fragmentos, muchos de los cuales se desintegran casi instantáneamente. De las trazas de todos ellos es posible, con esfuerzo, reconstruir el protón, obteniendo información acerca de las partículas elementales que lo constituyen.

El LHC consta de dos partes diferenciadas. En la primera se aceleran los protones antes de hacerlos colisionar. La segunda consiste en detectar y analizar los fragmentos que se producen tras la colisión. La primera parte es un acelerador de protones que circula por un tubo de 27 kilómetros de circunferencia, situado bajo las faldas de la cordillera del Jura. Los protones son acelerados a velocidades increíblemente próximas a la de la luz en ambos sentidos de giro. Lograr mantener los haces de protones en las trayectorias deseadas es una proeza tecnológica. Se requieren unos 1.500 imanes trabajando a -271ºC para desviar y focalizar el haz. Los protones viajan formando paquetes que tardan 90 microsegundos en dar una vuelta a los 27 kilómetros del LHC.

La segunda parte consta de cuatro detectores situados en los puntos de colisión. En cada detector se produce el choque de un protón contra otro protón cada 30 nanosegundos, a energías tan elevadas que solo pudieron darse en los instantes posteriores al Big Bang. Por eso se dice que el LHC explora los instantes iniciales del universo. Así es: el LHC recrea las colisiones habituales en el universo cuando este era un lugar denso, caliente y plagado de choques a energías enormes. Comprender las leyes que rigen las colisiones que se observan en el LHC permite también entender la evolución del universo en aquellos instantes iniciales.

Para lograr un resultado interesante, el LHC ha de producir una enorme cantidad de choques y acumular datos hasta tener resultados estadísticamente significativos de los procesos menos frecuentes. De hecho, solo una ínfima parte de los choques en el CERN corresponde a partículas de Higgs. Se busca una aguja en un pajar.

El siguiente paso consiste en analizar la enorme cantidad de datos que acumulan los detectores. Cada vez que se produce un choque entre protones los detectores miden las trazas de todas las partículas que emergen del punto de colisión. Los datos por cada una de las partes del detector permiten reconstruir el evento que se acaba de observar. Estos datos pasan a un sistema informático formado por más de cien mil ordenadores en el CERN. De ahí se distribuyen a todo el mundo mediante un sistema de ordenadores jerárquico que recibe el nombre de GRID. En cualquier lugar podemos conectarnos al GRID y disponer de los datos que ha creado el LHC. Todo ha de suceder de forma automatizada y transparente para el científico.

A veces se critica la inversión en instalaciones de este tipo, pero aunque sus experimentos no están diseñados para aplicaciones directas, proporcionan muchos beneficios indirectos. Un ejemplo: la World Wide Web se desarrolló en el CERN. Si no fuera por eso, la web no existiría como la conocemos. El desarrollo de los aceleradores de partículas también permite aplicaciones médicas importantes, fundamentalmente contra el cáncer.

El descubrimiento del bosón de Higgs en 2012 es un hálito de aire fresco en este mundo pragmático y beligerante. Tanto la propuesta teórica de la existencia de la partícula Higgs como su descubrimiento experimental no se pueden atribuir a unas pocas personas. Es un logro de generaciones de científicos: razas y culturas diferentes que hablan una infinidad de variantes del inglés. La humanidad se ha unido con el único objetivo de comprender. En esa lucha por esclarecer las leyes últimas de la naturaleza, los principales criterios que gobiernan son la meritocracia, la calidad, el prurito de perfección y la consecución de objetivos. Sin esos principios, no habría sido posible construir el LHC, el mayor instrumento jamás creado por el hombre, ni lograr que funcione con la eficiencia con que lo hace.

Parece increíble que toda la tecnología límite asociada al LHC funcione correctamente y que el LHC sea resultado del esfuerzo de unas diez mil personas. ¿Cómo se avienen? ¿Cómo se estructuran? ¿Quién manda? No lo duden: el LHC es una maravilla tecnológica y organizativa. Hoy la ciencia es tan sofisticada que todo progreso relevante requiere la colaboración de cerebros potentes y espíritus enormemente competitivos. La lucha de egos existe, pero está acotada.

La pregunta decisiva: por qué es tan importante el Higgs. El mecanismo de Higgs fue inventado para lograr dar masa a las partículas mediadoras W y Z (que tienen masa en contraposición a los fotones y gluones, también mediadores), sin violar el principio de simetría de las interacciones débiles. El mismo mecanismo de Higgs articula lo que llamamos ruptura de simetría y permite dar masa a la materia. El Higgs es, pues, una especie de puerta de escape que salva todo el Modelo Estándar. Sin él no tendríamos una teoría consistente para describir las partículas elementales. O se hallaba el bosón de Higgs o se tendría que rehacer toda la teoría.

La partícula de Higgs debe su nombre al físico británico Peter W. Higgs. Sin embargo, no fue él la primera persona que intuyó el mecanismo de ruptura de simetría que subyace en esta predicción. La idea precursora se debe a P. Anderson, en el campo de la Materia Condensada, en 1962. En 1964, por una parte Englert y Brout, junto a Higgs, y por otra, Guralnik, Hagen y Kibble propusieron el mecanismo que hoy empleamos. Más adelante, en 1966 Higgs y en 1967 Weinberg, Salam y Glashow, completaron el mecanismo. En cierto sentido, no es justo emplear el nombre de Higgs para denominar un progreso realizado por tantas personas. El esfuerzo experimental para hallar el Higgs es ingente y también merece reconocimiento, ya que son muchas las personas que han trabajado para que el LHC funcione de forma anónima.

El Higgs fue predicho en los años 60 y descubierto en 2012. Han pasado cincuenta años de trabajo paciente. Se ha construido la máquina más grande, sofisticada y extrema que la humanidad haya jamás imaginado. Ha sido un esfuerzo titánico que, finalmente, nos ha permitido dar un nuevo paso. Hemos empujado aún más la frontera del conocimiento.

°