Por JORGE SENIOR
El 4 de julio de 2012 se produjo un anuncio que fue noticia de primera plana en los principales medios informativos del mundo: el tan esperado hallazgo del bosón de Higgs. Esta hazaña, que costó miles de millones de dólares y el esfuerzo de un gigantesco ejército de ingenieros y físicos, culminó con éxito una búsqueda que duró casi medio siglo, desde su predicción teórica. En esta columna trataré de contar a grandes rasgos la historia de esta aventura.
De niño solía salir al patio de tierra detrás de la casa armado con un pequeño imán. Procedía a frotar el imán contra la tierra para que se le pegaran limaduras de hierro que luego depositaba en una hoja de papel blanco. Moviendo el imán debajo de la hoja observaba extasiado como se movían mágicamente las limaduras formando diversas figuras.
Casi siglo y medio antes, con un truco similar el autodidacta Michael Faraday había descubierto lo que llamó “líneas de fuerza” y con ese fundamento observable elaboró un concepto intuitivo de “campo” que luego Maxwell matematizó. Hoy por hoy, si usted, amable lector, le pregunta a un físico de qué está hecho el mundo, la respuesta ya no es “de átomos”. No, señor. El científico le dirá: “el universo está hecho de campos”. Pero estos campos fundamentales no son aquellos de tipo clásico del siglo XIX, sino que son campos cuánticos.
En efecto, de acuerdo a nuestro actual conocimiento teórico y experimental, la realidad física -la única que existe- está constituida por 37 campos cuánticos y un solo campo clásico (el espacio-tiempo). Sin embargo, sabemos que a escala cosmológica hay fenómenos físicos que quedan por fuera de nuestro conocimiento actual, por lo que hay dos frentes de investigación que podrían llevar a una nueva física: el de la materia oscura y el de la energía oscura, temas para otra ocasión.
La física cuántica es el área de la ciencia que nos da, entonces, la explicación más profunda y exacta sobre los constituyentes básicos de la realidad que nos rodea, si dejamos aparte el espacio y el tiempo que por ahora son explicados por la Teoría General de la Relatividad de Einstein. En esta década se cumplen varios centenarios de los hitos que sentaron los pilares de la mecánica cuántica en los fabulosos años 20 del siglo pasado.
Posteriormente, durante los años cuarenta, se desarrolló la electrodinámica cuántica (EDC), una teoría cuántica de campos que es la más exacta que ha producido la mente humana. Servía para entender los fenómenos electromagnéticos y fue clave para el desarrollo de la industria electrónica. Con ella los físicos comprendieron que la simetría es el principio explicativo de las leyes de conservación que juegan un papel central en la teorización de la naturaleza, tal y como ya había cimentado en un teorema la matemática Emmy Noether en 1918.
Por esa época los físicos ya habían partido el núcleo atómico y el proyecto Manhattan había inaugurado la Era Nuclear creando el arma más poderosa jamás desarrollada por la especie humana. Pero el núcleo atómico resultó ser un objeto complejo que no se comprendía a fondo. Por ejemplo, los protones y neutrones que integraban los núcleos no eran partículas elementales y encerraban un misterio. Los físicos intentaron replicar el éxito de la EDC y armados de sofisticadas matemáticas buscaron una teoría cuántica de campos que diera cuenta de las interacciones nucleares (que son de dos tipos: fuerte y débil). Al mismo tiempo la física experimental en los aceleradores de partículas y en los rayos cósmicos venía encontrando una asombrosa diversidad de partículas, una fauna difícil de explicar.
Durante la segunda mitad del siglo XX se resolvió el gran misterio (o casi) hasta llegar a la síntesis que se conoce como Modelo Estándar y sus pruebas experimentales. Primero se postularon los quarks como partículas elementales que integraban a ciertas partículas compuestas, como por ejemplo los protones y neutrones. Por esa vía se desarrolló la cromodinámica cuántica (CDC), una teoría cuántica de campos que permitía explicar las interacciones nucleares fuertes. Con la interacción nuclear débil sucedió algo aún más maravilloso: su solución a través de la teoría electrodébil (TED) unificó dicha interacción con la electromagnética en un mismo marco explicativo.
El llamado Modelo Estándar de la física de partículas viene a ser como una síntesis de la EDC, la TED y la CDC, las tres teorías cuánticas de campos ya mencionadas. Al fin y al cabo, una partícula elemental no es más que una manifestación particular de un campo cuántico. En términos de partículas elementales, éstas se clasifican en fermiones y bosones. Los bosones son los que juegan el papel de intermediarios en las interacciones fundamentales: los fotones en las interacciones electromagnéticas, los bosones W y Z en las interacciones nucleares débiles y los gluones en las interacciones nucleares fuertes.
Pero este modelo tenía una pata coja: hacía falta explicar la masa como propiedad de ciertas partículas elementales. Es ahí donde se postula un mecanismo que brinda una solución a través de un nuevo campo cuántico: el campo de Higgs o bosón de Higgs. Un nombre un poco injusto ya que Peter Higgs no fue el único autor, pues fue un aporte colectivo. El propio Peter a veces habla del “mecanismo ABEGHHK’tH”, una sigla que recoge las iniciales de los principales aportantes al perfeccionamiento de la hipótesis.
En los últimos 20 años del siglo XX se logró la confirmación experimental del Modelo Estándar. Un científico colombiano, Juan Pablo Negret, hizo parte de esos desarrollos, concretamente en el descubrimiento del quark Top en el Fermi Lab de Chicago. Lo único que faltaba por probar era la existencia del bosón de Higgs, algo sólo posible en el LHC, una supermáquina subterránea ubicada en Suiza para acelerar protones hasta casi la velocidad de la luz y hacerlos chocar. La expectativa era inmensa. El anuncio de hace 10 años significaba que la mesa ya no tenía la pata coja: ¡la magnífica teoría se había salvado!
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