Partícula Rajoy y partícula Zapatero

El vacío no está vacío. El vacío está lleno del campo de Higgs. Curioso pero cierto. Al menos, todos los cálculos que hacemos los físicos asumiendo la existencia de ese campo resulta que funcionan bien y todos los fenómenos que predecimos resulta… ¡que existen! Por ejemplo: el bosón de Higgs. El campo de Higgs es algo parecido al familiar campo electromagnético que podemos detectar fácilmente (por ejemplo la luz), pero no es exactamente igual y como veremos es mucho más difícil de detectar.

Cuando las partículas elementales se mueven en ese vacío que no está vacío, interaccionan con el campo de Higgs. Las que más interaccionan tienen mayor masa, es como si “rozasen” mucho con el campo y se viesen frenadas en su movimiento, y las que interaccionan menos se mueven más fácilmente y decimos que tienen menos masa. Por otro lado, al igual que las vibraciones del campo electromagnético llevan asociadas una partícula elemental, el fotón (la luz que vemos son fotones que llegan a nuestros ojos), las vibraciones del campo de Higgs llevan asociadas otra partícula elemental, el bosón de Higgs.

En realidad todo esto es una forma sencilla de intentar explicar algo un poco más complicado. De hecho, ni siquiera al propio Higgs (el científico) le gusta oír hablar de rozamiento en el mundo cuántico. Usemos entonces la analogía que más le gusta a él, pero trasladada a España para entendernos mejor. Si Rajoy entrase en una habitación llena de periodistas, todos se arremolinarían a su alrededor preguntándole (¡ojalá!) sobre los recortes en ciencia y harían que su movimiento se ralentizase. Si entrase Zapatero, algunos periodistas se arremolinarían alrededor suyo para preguntarle por otras cosas, desde luego, pero seguro que no tantos (sic transit gloria mundi), así que su movimiento se ralentizaría pero menos. La partícula elemental Rajoy parecería ser más pesada que la partícula elemental Zapatero. ¿Dónde está el campo de Higgs aquí? Los periodistas, claro, que llenan toda la habitación que de otra forma estaría vacía. Si además, un periodista/Higgs hace correr el rumor en la habitación de que los presupuestos para ciencia se triplican este año (¡ojalá!), se arremolinaría un grupo de colegas alrededor suyo que transmitiría la notica a otro grupo y así sucesivamente, formándose un bosón de Higgs/periodistas.

Descubrir el mecanismo por el cual se generan las masas de las partículas elementales y predecir la existencia del bosón de Higgs asociado, constituye, sin ningún lugar a dudas, uno de los descubrimientos fundamentales de la historia de la ciencia. Dentro de cientos de años, en cualquier universidad del mundo, seguirá habiendo profesores que les hablarán a sus alumnos de este mecanismo. Desde luego, usando formulaciones matemáticas más sofisticadas y conceptos físicos más abstractos de las que podemos usar en este artículo, claro.

En fin, que si algo estaba claro del Premio Nobel de Física de este año, es que iba a ser con toda seguridad para el belga Francois Englert (ahora veremos cómo entra en la historia) y el británico Peter Higgs. Con este merecidísimo premio se celebra, además, la culminación de lo que se conoce como el Modelo Estándar de la física de partículas elementales, que es como decir de la física que puede explicar los entresijos fundamentales del Universo.

Hace casi 50 años, en Junio de 1964, Englert que contaba entonces con 32 años, en colaboración con Brout de 36 y fallecido hace dos años, envió a publicar a la revista Physical Review Letters un artículo de menos de 3 páginas donde proponían un mecanismo para generar las masas de ciertas partículas elementales, los llamados bosones de gauge, en una teoría gauge no Abeliana. Higgs, un mes más tarde, aunque de forma independiente, recordemos que en aquella época los medios de comunicación no estaban tan avanzados como ahora, enviaba a Physics Letters un artículo de menos de 2 páginas donde proponía el mismo mecanismo pero en una teoría gauge Abeliana. Un mes después vuelve a enviar un artículo más detallado a la misma revista que para su sorpresa resulta ser rechazado. Eso le da tiempo a pensar con más profundidad en su trabajo y una semana más tarde lo envía de nuevo a Physical Reviev Letters, pero añadiendo que una consecuencia del mecanismo propuesto podría ser la existencia de una nueva partícula elemental masiva ¡Ahí nació lo que hoy conocemos como el bosón de Higgs!

En 1967, el estadounidense Weinberg y el paquistaní Salam, de forma independiente, usan el mecanismo de Englert-Brout-Higgs (EBH) y la partícula de Higgs asociada (el campo de Higgs siendo rigurosos) para generar las masas de todas las partículas elementales, desde los electrones hasta los quarks, pasando por los bosones de gauge W y Z, y así acaban de construir el Modelo Estándar. Junto con el estadounidense Glashow, reciben el premio Nobel en 1979 como consecuencia del descubrimiento en el CERN de las llamadas corrientes neutras predichas por el modelo.

En 1971, los holandeses ‘t Hooft y Veltman demuestran que el mecanismo de EBH y la partícula de Higgs asociada es la única manera de obtener la consistencia matemática del Modelo Estándar, de forma que no aparezcan resultados con infinitos cuando se calculan sobre un papel procesos como choques de partículas en aceleradores. Reciben el premio Nobel en 1999.

Como consecuencia de todo lo anterior, desde los años 70, se desata la caza y captura del bosón de Higgs. Después de 40 años de búsqueda infructuosa en aceleradores de todo el mundo, que no tenían la energía suficiente para producirlo, el CERN anuncia por fin en Julio de 2012 el descubrimiento en el gigantesco acelerador LHC del bosón de Higgs, la última pieza del rompecabezas del Modelo Estándar.

Aquí surge una cuestión interesante: ¿Cómo es posible que varios científicos hayan recibido el premio Nobel antes que EBH, cuando sus trabajos se basaban en el mecanismo de EBH? La respuesta es “relativamente” sencilla, porque la consecuencia fundamental del mecanismo era la existencia del bosón de Higgs y éste se ha resistido a ser descubierto hasta hace un año. Una vez descubierto, toda la lógica nos decía que el premio Nobel tenía que ser para los padres del mecanismo, como así ha sido. Otra pregunta interesante: ¿Por qué Englert recibe el Nobel si no predijo junto con Brout la ahora llamada partícula de Higgs? Pues porque su trabajo sobre el mecanismo de ruptura de simetría era correcto, lo hizo independientemente de Higgs, de hecho un mes antes, y lo propuso en el contexto de una teoría no Abeliana como hoy en día sabemos que lo es el Modelo Estándar (mientras que Higgs lo hizo en una Abeliana). Ambos trabajos son complementarios y ambos merecen por tanto recibir el premio Nobel. Si Brout no hubiese fallecido habrían sido el número perfecto, tres, porque no más de tres científicos pueden recibirlo.

Carlos Muñoz López es catedrático de Física Teórica, Universidad Autónoma de Madrid (UAM) y director del Instituto de Física Teórica (IFT) UAM-CSIC