Lo que nos faltaba: el bosón de Higgs

De ningún Nobel de Física se ha escrito tanto —antes, durante o después del parto— como este año. Los galardonados, el belga François Englert y el británico Peter Higgs, son muy distintos, uno con su permanente sonrisa de diablillo, el otro con cara de sabio despistado diciendo “¡que no fui yo, no fui…!”. Se conocieron el 4 de julio de 2012, cuando en el CERN (Laboratorio Europeo de Física de Partículas) se anunció el descubrimiento del bosón de Higgs, con medio siglo de retraso respecto a la publicación del ahora premiado mecanismo de Brout, Englert y Higgs (BEH) y tras la muerte del primero.

Las partículas elementales son las que, si tienen partes, no lo sabemos. Son tan sencillas que sus propiedades, como la carga eléctrica de cada una, se pueden contar con pocos dedos. En sus carnés de identidad figura otra propiedad crucial: la masa. El mecanismo BEH explica cómo aquellas que tienen masa, la adquieren. Muchos pedantes critican la afirmación de que el mecanismo BEH explica el origen de la masa, porque la masa de mi querida lectora no es la suma de las de los quarks (up y down) y electrones que la constituyen. De modo semejante, la masa de un átomo de hidrógeno no es la suma de la de su núcleo (un protón, hecho de tres quarks) y su electrón: la energía que los liga también contribuye. De ahí que subrayara elementales.

Un concepto básico en nuestro entendimiento de lo que son las cosas es el de campo. No solo el Camp Nou o el Bernabéu, sino campos de los que, también queramos o no, somos conscientes, como el campo gravitacional de la Tierra. Incluso con los ojos cerrados sabemos que hay una substancia invisible —el citado campo— que nos mantiene atados al suelo. Otro campo que podemos experimentar es el electromagnético. Hace que se nos pongan los pelos de punta peinándolos cuando están secos. Sus vibraciones son partículas elementales, los fotones de la luz que vemos y de las ondas de radio o los rayos X que podemos, con los artilugios adecuados, detectar.

El mecanismo de BEH generaría espontáneamente y por doquier un valor no nulo de otro campo fundamental: el campo de Higgs (y ahora, oficialmente, de B&E). A diferencia de otros, este campo sería uniforme y constante en todo el universo. Aun si pudiese sustraerle toda la materia y radiación que contiene, el universo no estaría vacío.

¿Cómo funcionan las cosas? Una partícula cargada, como el electrón, puede emitir o absorber fotones. La magnitud con la que esto sucede es la medida del valor de su carga eléctrica. Si el fotón emitido por un electrón es absorbido por otro, el proceso es una interacción (un choque a distancia) entre los dos electrones. La emisión o absorción de un fotón es una interacción local: ha lugar en un punto determinado del espacio-tiempo.

Dada la incorporación del mecanismo BEH al llamado Modelo Estándar de las partículas conocidas, aquellas que tienen masa la adquieren al interaccionar localmente, más o menos intensamente, con el campo de Higgs que uniformemente permea el universo. El modelo protege algunas partículas, como el fotón, del riesgo de engordar: para ellas el vacío —que no lo está— es transparente y no adquieren masa. Los símiles que describen estos fenómenos (peces flacos o gordos en el agua, etcétera) son divertidos, pero inaceptables para un tribunal suficientemente puntilloso.

Como todo campo fundamental, el campo de BEH puede hacerse vibrar y sus vibraciones son partículas elementales: bosones de Higgs. Su masa es tan grande (unas 135 veces la de un protón) que su creación ha requerido la elevada energía del colisionador LHC del CERN y su descubrimiento, la precisión de la teoría de cómo se producen y casi inmediatamente se desintegran, así como la maravilla tecnológica que son los detectores Atlas y CMS que lo encontraron. El bosón es la pistola humeante del mecanismo de Brout, Englert y Higgs, que los dos primeros ni mencionaron en su artículo, “por ser evidente”, Englert dixit.

No sabemos por qué las masas de las partículas tienen los valores precisos que tienen, ni si la masa de los neutrinos se genera por un mecanismo tan sencillo como el de BEH. Tampoco sabemos hasta qué punto el bosón es elemental, no se han medido todas sus interacciones y no tenemos ni idea de por qué su masa es la que es. Su valor, en el modelo estándar, implica que el universo es —o casi es— inestable: habría otro estado más abajo al que podría catastróficamente caerse.

Nuestro universo, aun si es inestable, tendría una probabilidad elevadísima de vivir mucho más de lo que ya lo ha hecho. Con el descubrimiento del afamado bosón queda completado el modelo estándar, pero el cosmos o la investigación no se acaban, queda camino que andar. Este modelo explica a fondo el comportamiento de la materia, la radiación, las estrellas, la química y hasta la vida. Aunque algunos aspectos de la última, como la política científica del Gobierno, eludan todo entendimiento racional.

Álvaro de Rújula es físico teórico del CERN y del Instituto de Física Teórica (CSIC-UAM).