¿Qué fue del bosón de Higgs?

Hace diez años, la construcción de una máquina descomunal para capturar una partícula diminuta atrapó la imaginación del mundo. Bajo el CERN, un gigantesco laboratorio de física a las afueras de Ginebra (Suiza), se había construido un acelerador de partículas de 27 kilómetros de circunferencia capaz de empujar protones hasta una velocidad cercana a la de la luz. Los físicos hacían chocar aquellos haces de partículas microscópicas para reconstruir las circunstancias energéticas de los primeros segundos de vida del universo y tratar de desvelar aspectos sobre la naturaleza de la materia invisibles en condiciones normales. En aquel tiempo se llegó a fantasear con la posibilidad de que la máquina crease un agujero negro que engullese el mundo, pero salvo algún inconveniente, todo salió más o menos según lo previsto.

En 2012, los responsables del CERN anunciaron el descubrimiento del bosón de Higgs, la partícula que daba masa a todas las demás, completaba el Modelo Estándar de Física de Partículas y justificaba en buena medida una inversión de más de 5.000 millones de euros. El éxito de la búsqueda del higgs se confirmó al año siguiente cuando Peter Higgs y François Englert recibieron el premio Nobel de Física de 2013 por haber predicho la existencia de la partícula medio siglo antes. Pero aunque el trabajo grueso parecía finalizado, la validez de unos modelos físicos o de otros, de qué es exactamente la materia oscura o de si la supersimetría, en la que no solo habría un bosón de Higgs, sino muchos, puede ser la teoría que nos lleve un paso más allá en la comprensión del universo, depende de detalles.

Un 60% de las veces que aparece el bosón de higgs se desintegra del modo descubierto ahora, seis años de detectar la partícula

Hace unos días, el CERN anunciaba que, seis años después de presentar el bosón de Higgs al mundo, había encontrado entre los escombros de los impactos entre protones la desintegración más común del bosón de Higgs. Como si se tratase de un equipo que analiza cómo sucedió un accidente de tráfico a partir de los frenazos o los restos de los automóviles involucrados, los físicos detectan determinadas partículas a partir de cómo se desintegran. En las condiciones de nuestro mundo, un bosón de Higgs permanece estable durante un tiempo ínfimo, billonésimas de billonésimas de segundo. Desde que se crea hasta que desaparece no llega a recorrer lo que ocupa un núcleo atómico y después se desmorona dejando tras de sí una cascada de partículas características. En este caso, las partículas eran una partícula ‘bottom’ y su correspondiente antipartícula.

Los planteamientos teóricos, calculan que el 60% de las veces que aparece el higgs en el LHC se desintegra de este modo. Sin embargo, los choques entre protones producen muchos quarks bottom y antibottom por motivos completamente diferentes y esas partículas ensucian la imagen de la desintegración del Higgs, mucho más infrecuente. Por eso, el higgs se halló antes en forma de desintegración de dos fotones, algo que sucede solo un 0,2% de las veces, pero que es más fácil de separar del ruido que se acumula en los detectores ATLAS y CMS. Abrir esta nueva vía de exploración del campo de Higgs, no obstante, proporciona un nuevo espacio para observar el comportamiento del bosón a través, por ejemplo, de la interacción con partículas aún por descubrir.

Aunque la existencia del higgs y sus distintas formas de desintegración estaban previstas, Alberto Casas, investigador del Instituto de Física Teórica de Madrid, señala que “en ciencia no basta con predecir teóricamente un fenómeno, hace falta comprobar esa predicción experimentalmente”. “De hecho, hay muchos modelos alternativos al Modelo Estándar, el actual paradigma de la física de partículas, con predicciones diferentes. La desintegración observada es una consecuencia crucial del Modelo Estándar, por lo que era muy importante su verificación”, añade.

El bosón de Higgs puede interactuar con la materia oscura, pero esas relaciones producirían desintegraciones invisibles a los detectores actuales

Después de confirmar las predicciones del ME, descubrimientos como la última desintegración del higgs servirán para determinar su naturaleza con precisión y saber cómo encaja en otros planteamientos teóricos que tratan de explicar misterios como la materia oscura. Casas apunta que “hay modelos de materia oscura en los que esta interacción es clave para entender su abundancia”, pero recuerda que habría una dificultad para observarla con la tecnología actual: “Serían desintegraciones “invisibles”, o sea, el bosón de Higgs se desintegraría en partículas de materia oscura que escapan a los detectores”. Además, las relaciones del bosón con la materia visible y la oscura también es diferente porque en la mayoría de los modelos de materia oscura “la masa de estas partículas no está generada por el campo de Higgs o lo está solo parcialmente”, continúa Casas.

Muchos grandes descubrimientos de la historia de la física han surgido a partir de observaciones de gran precisión, que demostraban que la teoría al uso debía ser modificada. "Un ejemplo es la precesión de la órbita de Mercurio (de solo 43 segundos de arco por siglo), que mostró la superioridad de la teoría de la relatividad de Einstein sobre la ley de gravitación de Newton", explica el investigador del IFT.

"El sector de Higgs es el más reciente, el más desconocido y el más extraño del Modelo Estándar. De hecho, muestra aspectos paradójicos que no se comprenden bien y que nos hacen pensar en la existencia de una nueva física más profunda que nos permita entenderlos. Por ello, profundizar en el conocimiento, teórico y experimental, del bosón de Higgs es crucial para el avance de la física fundamental", concluye.