El bosón de Higgs es un tipo especial de partícula que no aparece en la vida cotidiana. En cambio, interactúa sutilmente con muchas otras partículas y es responsable de darles masa. Además, desempeña un papel crucial en la determinación de las características de las fuerzas de la naturaleza.
El descubrimiento del bosón de Higgs
Centro de investigación CERN, Ginebra, Suiza (Crédito: Dominionart/Shutterstock)
En 1964, varios investigadores, entre ellos El físico británico Peter Higgsencontró una solución inteligente a un problema preocupante de la física teórica. El problema era que a altas energías, dos de las fuerzas de la naturaleza, el electromagnetismo y la fuerza nuclear débil, se fusionan en una sola fuerza. Pero a bajas energías, las dos fuerzas no podían ser diferentes, con diferentes portadores de fuerza, rangos y propiedades.
Este resultado experimental sugirió que había una conexión profunda entre las fuerzaspero esa conexión sólo se manifestaba en altas energías, y en bajas energías algo más en el universo estaba rompiendo esa conexión.
Higgs postuló que existía un campo cuántico que permeaba todo el espacio y el tiempo, conocido posteriormente como el campo de Higgs en su honor, que actuaba para abrir esta brecha entre las fuerzas. Las dos fuerzas quieren naturalmente fusionarse, y por eso son capaces de superar el campo de Higgs a altas energías. Pero a bajas energías, el campo de Higgs toma el control, manteniendo las dos fuerzas separadas.
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La importancia del bosón de Higgs
(Crédito: Andrey VP/Shutterstock)
Pero Peter Higgs se dio cuenta rápidamente de que este extraño nuevo campo cuántico tenía otras propiedades sorprendentes. El campo no solo interactuaba con el electromagnetismo y la fuerza nuclear débil, sino que también interactuaba con toda una clase de partículas conocidas como leptonesque incluyen electrones y quarks, los componentes básicos de la materia.
En concreto, la interacción con el bosón de Higgs es la responsable de la masa de estas partículas. En otras palabras, sin la presencia del bosón de Higgs, estas partículas no tendrían masa. Una forma de visualizar esto es imaginar al bosón de Higgs como una sopa espesa y viscosa que llena el universo. Todas las partículas quieren moverse a la velocidad de la luz, pero tienen que moverse a través de esta sopa, que las frena, lo que parece lo mismo que si tuvieran masa propia. Y las diferentes partículas tienen diferentes intensidades de interacción con el campo de Higgs, lo que explica por qué tienen diferentes masas.
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¿Por qué se llama partícula “Dios”?
El campo de Higgs juega un papel fundamental en nuestra teoría moderna de la física de partículas, conocida como El modelo estándarExplica simultáneamente por qué las fuerzas electromagnética y nuclear débil están separadas y explica por qué otras partículas tienen masa. Sin embargo, aunque tenía sólidas razones teóricas para existir, habían pasado décadas sin ninguna evidencia de su existencia.
En 1993 El físico ganador del premio Nobel Leon M. Lederman Lederman quería escribir un libro sobre el bosón de Higgs, explorando su importancia, los misterios que lo rodean y las frustraciones que nos genera nuestra incapacidad para detectarlo. Según Lederman, quería referirse a él como la “maldita partícula”, pero su editor le sugirió que lo llamara “partícula de Dios”. El libro, que llevaba ese nombre en el título, se convirtió en un gran éxito y el apodo se mantuvo, para gran disgusto de Higgs, a quien no le gustaba que pudiera ofender a las personas religiosas y confundir al público en general.
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Continúan los esfuerzos para demostrar la existencia del bosón de Higgs
A finales de los años 1980, los físicos comenzaron a desarrollar planes para construir un acelerador de partículas capaz de detectar el bosón de Higgs. Se predijo que la partícula de Higgs, que es una vibración intensa localizada del campo cuántico mayor, sería muy masiva, por lo que se necesitaría un colisionador de gran tamaño para encontrarla.
Se ve una parte del Gran Colisionador de Hadrones en el subsuelo de la parte francesa del CERN (Crédito: Belish/Shutterstock)
Se suponía que el Supercolisionador Superconductor, ubicado en Texas, sería el encargado de resolver el problema, pero después de dos años de construcción, el Congreso de los Estados Unidos retiró la financiación, dejando a la comunidad de física de partículas en un aprieto. Pasaría otra década antes de que pudieran desarrollar el Gran Colisionador de Hadronesubicado en las instalaciones del CERN en Suiza.
Ginebra, Suiza – Abril de 2010: CERN, la Organización Europea para la Investigación Nuclear, donde se descubrió el bosón de Higgs en 2012 utilizando el detector ATLAS (Crédito: D-VISIONS/Shutterstock)
Finalmente, en 2012 se realizaron dos experimentos en el Colisionador, Los detectores ATLAS y CMSencontró una partícula completamente nueva que coincide exactamente con la descripción del bosón de Higgs. Cuarenta años después de su predicción, el descubrimiento de Higgs se verificó.
Los investigadores continúan estudiando el bosón de Higgs, ya que podría haber jugado un papel importante en el universo primitivo, y podría haber otros campos y partículas similares al Higgs que aún hemos de descubrir.
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Paul M. Sutter es un cosmólogo teórico, asesor de la NASA, presentador del podcast “Ask a Spaceman” y embajador cultural de los Estados Unidos. Es autor de “Your Place in the Universe” y “How to Die in Space”.