El bosón de Higgs y la estructura íntima de la materia

Durante las últimas décadas, los físicos han llegado a un entendimiento de la estructura íntima de la materia y sus interacciones a nivel microscópico que se resume en el llamado Modelo Estándar. Dicho modelo describe la materia en términos de quarks (por ejemplo, los protones y neutrones, las partículas que forman el núcleo de los átomos, se entienden como meras combinaciones de quarks de diferentes tipos) y leptones (familia a la que pertenecen el electrón, neutrinos y partículas menos conocidas como muones y taus).

Así mismo, los físicos consideran cuatro tipos de interacciones entre partículas: la fuerza "fuerte" responsable de ligar quarks dentro de los protones y neutrones y garantizar la estabilidad de los núcleos en los átomos; la fuerza electromagnética que gobierna las interacciones entre cargas eléctricas y es la base de la electrónica; la fuerza "débil" responsable de procesos de radioactividad usados, por ejemplo, en terapia médica; y finalmente, la gravedad, la más común pero quizás la menos entendida, que determina la atracción entre masas y nos mantiene pegados a la Tierra, pero que sólo juega un papel relevante a nivel macroscópico/cosmológico.

El Modelo Estándar de los físicos aún deja muchas preguntas sin responder, pero quizás una de las más importantes sea: ¿Cuál es el origen de la masa de las partículas? Los físicos creen que la respuesta pueda estar relacionada con la presencia de una partícula nueva, aún no observada, el bosón de Higgs, que al interaccionar con las demás las viste con una masa.

En la década de los años setenta, los físicos lograron entender que las fuerzas electromagnética y débil, si se miran con cierta atención, son en realidad dos manifestaciones de una misma cosa "la fuerza electro-débil" . El proceso que las separa predice la existencia de una partícula Higgs, que diferencia entre un fotón (cuanto de luz) sin masa y mensajero de la interacción electromagnética, y dos partículas muy pesadas (llamadas W y Z), mensajeros de la interacción débil y que se descubrieron en el CERN (Ginebra) en la década de los 80.

Desde entonces, todas las miradas se han puesto en encontrar la pieza del puzzle que le falta a los físicos, la partícula Higgs. Las investigaciones en el antiguo colisionador LEP, en el CERN, no permitieron encontrarlo, pero si establecieron que, si la partícula Higgs existiese, debería tener una masa mayor que 114 GeV/c2 ( 114 veces la masa de un próton ) cuando, por otro lado, argumentos teóricos, relacionados con la teoría electro-débil de los físicos, predicen una masa inferior a 185 GeV/c2. Durante los últimos años, el CERN se ha embarcado en la construcción del LHC y sus experimentos. En 2002, Tevatron en USA tomó el testigo en la búsqueda del Higgs, antes de la puesta en marcha del nuevo colisionador europeo a finales de este año.

Tras casi siete años de toma de datos en el Tevatron, los experimentos CDF y Dzero de ese acelerador han conseguido establecer ahora que el bosón de Higgs no podrá tener una masa en el rango entre 160 GeV/c2 y 170 GeV/c2. En dicha región de masa, la partícula Higgs decaería en pares de partículas W (H -> WW) permitiendo su identificación en el LHC de una forma relativamente simple. Por otro lado, la búsqueda de un Higgs más ligero es experimentalmente más complicado y por tanto requerirá más tiempo.

Mario Martínez Pérez es físico del equipo CDF del Tevatron de Chicago y profesor de investigación del Icrea en IFAE-Barcelona.