Feliz cumpleaños bosón de Higgs

Hace diez años, el 4 de julio de 2012, un abarrotado auditorio del CERN –en la frontera francosuiza– fue testigo de cómo sus colaboraciones científicas ATLAS y CMS presentaban pruebas convincentes del descubrimiento del bosón de Higgs. "Hemos alcanzado un hito en nuestra comprensión de la naturaleza", destacó el por entonces el director general del CERN, Rolf Heuer.

La noticia dio la vuelta al mundo y no era para menos: se confirmaba la existencia de un mecanismo predicho por los físicos teóricos en la década de 1960 y que ayuda a explicar mejor el universo que nos rodea.

Para celebrar este décimo aniversario del higgs y divulgar su importancia, se han organizado multitud de actividades en diversos países. Una de ellas ha sido la conferencia que han impartido este mes en el Museo Nacional de Ciencia y Tecnología (MUNCYT) los científicos María Cepeda Hermida y Jesús Puerta Pelayo, dos físicos del Centro de Investigaciones Energéticas, Medioambientales y Tecnológicas (CIEMAT) que trabajan en el experimento CMS.

"¿Cuáles son los ladrillos fundamentales que forman la materia, nuestro mundo", se han preguntado, una cuestión planteada desde la antigüedad que hoy ayuda a resolver la física de partículas. Esta nace en el siglo XX con las revolucionarias aportaciones de la relatividad (energía y masa son dos aspectos del mismo fenómeno, como indica la famosa ecuación E=mc2) y la mecánica cuántica (que habla de probabilidad, incertidumbre, de ser onda y partícula a la vez).

El modelo estándar y las partículas elementales 

En ese contexto se propuso el modelo estándar, una de las teorías más precisas jamás construidas, resultado de la teoría y la experimentación trabajando mano a mano durante más de un siglo y con una base matemática muy potente. "Es nuestra explicación actual de las partículas elementales del universo y sus relaciones: que comienza a finales del siglo XIX con el descubrimiento del electrón, sigue con el del resto de partículas (fotón, muon, quarks de diversos tipos...) y de momento acaba con el hallazgo del higgs en 2012", explica Cepeda.

"Si no hubiéramos encontrado esta pieza central, el bosón de Higgs, habría que desmontar todo el modelo y volver a empezar", señala Cepeda

"Además –añade–, estos ‘ladrillos’ que forman el cosmos se relacionan con las cuatro fuerzas de la naturaleza: gravedad, electromagnetismo (la luz), la fuerza nuclear fuerte (mantiene unidos a neutrones y protones en el núcleo sin que estos últimos se repelan) y la débil (responsable de la desintegración radiactiva de las partículas). Pero en el centro de todo está el bosón de Higgs, una partícula especial sin carga ni espín. Si no hubiéramos encontrado esta pieza central habría que desmontar todo el modelo y volver a empezar".

La existencia de este bosón la plantearon en 1964 los científicos belgas Robert Brout y François Englert y el británico Peter Higgs en diversos artículos, donde también se trataba de simetrías rotas, aquellas que se mantienen en las ecuaciones teóricas pero que se pueden romper en sistemas físicos reales.

Para solucionar algunos dilemas sobre la masa de los portadores de la fuerza débil –los bosones W y Z–, se encontró el denominado mecanismo de Brout-Englert-Higgs (o simplemente de Higgs) con dos componentes principales: un campo cuántico completamente nuevo que les daba masa a estas y otras partículas: el campo de Higgs, y una ruptura espontánea de la simetría.