Cooperaci¨®n y m¨¦todo cient¨ªfico

El jurado del Premio Pr¨ªncipe de Asturias de Investigaci¨®n Cient¨ªfica y T¨¦cnica de este a?o ha fallado en favor del Laboratorio Europeo de F¨ªsica de Part¨ªculas Elementales (CERN) y los f¨ªsicos Peter Higgs y Fran?ois Englert. Los miembros del jurado han valorado sin duda el sobresaliente trabajo experimental realizado en dicho laboratorio para alcanzar energ¨ªas nunca antes exploradas en las interacciones entre part¨ªculas elementales y descubrir una nueva, llamada bos¨®n de Higgs, cuya existencia fue predicha hace ya cincuenta a?os por los dos cient¨ªficos galardonados, junto con Robert Brout, ya fallecido, en lo que ha venido a resultar una extraordinaria aventura del pensamiento cient¨ªfico. Ambos logros, el experimental y el te¨®rico, han coincidido en el verano del a?o pasado; de ah¨ª que se les conceda un galard¨®n conjunto. Pero se trata de fen¨®menos muy alejados tanto temporal como conceptualmente.

El CERN fue creado a principios de los a?os cincuenta. Encarn¨® una de las iniciativas surgidas tras la Segunda Guerra Mundial para configurar un espacio europeo de cooperaci¨®n que superara un pasado de enfrentamientos entre pa¨ªses del continente que hab¨ªan culminado con frecuencia en guerras mort¨ªferas. A lo largo de sus sesenta a?os de vida, el CERN se ha convertido en un ejemplo de colaboraci¨®n cient¨ªfica entre los 20 pa¨ªses miembros, que contribuyen a su mantenimiento y utilizan sus instalaciones. Pero, dado su car¨¢cter ¨²nico en el mundo, con instrumentos que no podr¨ªan ser costeados por ning¨²n pa¨ªs por separado, cient¨ªficos no europeos participan tambi¨¦n en sus trabajos, de forma que puede consider¨¢rsele el centro mundial de investigaci¨®n experimental en F¨ªsica de Part¨ªculas Elementales.

El laboratorio europeo

El rasgo m¨¢s interesante del CERN es su organizaci¨®n como un conjunto de instrumentos al servicio de la comunidad cient¨ªfica. El grueso de su actividad y la casi totalidad de sus 2.500 empleados est¨¢n dedicados a construir y mantener los aceleradores y las instalaciones, muy complejas t¨¦cnicamente, imprescindibles para que todo el laboratorio funcione. Pero el programa cient¨ªfico y el uso de los instrumentos depende de cient¨ªficos pertenecientes a universidades y centros de investigaci¨®n de los distintos pa¨ªses miembros y asociados, que construyen partes de los detectores y acuden al CERN para realizar los experimentos. En cada momento, hay m¨¢s cient¨ªficos e ingenieros de fuera del CERN, en estancias de duraci¨®n variable, que personal propio de la organizaci¨®n.

Resulta admirable el funcionamiento del engranaje por el que se ensamblan ideas y trozos de instrumentaci¨®n procedentes de todos los rincones del mundo para componer las instalaciones cient¨ªficas y conseguir que operen como un conjunto arm¨®nico y organizado. Y para integrar el conjunto de ideas e intereses de cada grupo en un programa de investigaci¨®n dotado de una s¨®lida l¨®gica interna.

El instrumento m¨¢s poderoso, en cuanto a sus prestaciones en energ¨ªa y capacidad de an¨¢lisis, es el colisionador de protones LHC (de Large Hadron Collider) y sus cuatro zonas de experimentaci¨®n en las que operan los enormes detectores de part¨ªculas, tan asombrosos por su tama?o como por la precisi¨®n con la que registran el flujo de datos experimentales. El an¨¢lisis de estos datos persigue desvelar las leyes que rigen las interacciones registradas o la existencia de part¨ªculas de muy corta vida mediante el estudio de sus productos de desintegraci¨®n. El LHC fue concebido para confirmar, o refutar, la existencia de la part¨ªcula elemental que pod¨ªa cerrar lo que llamamos la Teor¨ªa Est¨¢ndar de Interacciones entre Part¨ªculas Elementales (TEIPE). Dicha teor¨ªa requiere para resultar ¡°completa¡±, al nivel de nuestros conocimientos actuales, la existencia de una nueva part¨ªcula, la de Higgs, y su campo asociado. Pero, adem¨¢s, el dise?o del LHC abre la posibilidad de encontrar pistas acerca de fen¨®menos que vayan m¨¢s all¨¢ de la Teor¨ªa Est¨¢ndar y que sirvan para avanzar en nuevos niveles de unificaci¨®n.

La TEIPE es una magn¨ªfica construcci¨®n intelectual que permite comprender todos los datos experimentales obtenidos hasta la fecha

El verano pasado se dieron a conocer los primeros indicios claros de que en las colisiones a muy alta energ¨ªa entre protones se estaban generando algunas de estas part¨ªculas, y la evidencia suplementaria obtenida despu¨¦s de esa fecha consolida el hallazgo. Se espera que, tras las mejoras que se est¨¢n llevando a cabo en el acelerador y los detectores, pueda completarse el cuadro de propiedades de la part¨ªcula de Higgs y compararlo con las predicciones de la teor¨ªa. Ese es el punto de coincidencia entre una gigantesca maquinaria experimental y organizativa e hip¨®tesis y c¨¢lculos que apenas ocuparon unas pocas p¨¢ginas en revistas cient¨ªficas publicadas hace cincuenta a?os.

En mi opini¨®n, el descubrimiento del bos¨®n de Higgs es comparable al descubrimiento de Neptuno por el astr¨®nomo Johann Galle en 1846, predicho con anterioridad para explicar las anomal¨ªas de la ¨®rbita de Urano dentro del marco de la Mec¨¢nica de Newton, que hab¨ªa permitido explicar el movimiento de los astros. O con la confirmaci¨®n de que los rayos de luz se curvan en un campo gravitatorio, un fen¨®meno predicho por Einstein en el marco de su Relatividad General y verificado en el eclipse de Sol de 1919. La TEIPE es una magn¨ªfica construcci¨®n intelectual que permite comprender todos los datos experimentales obtenidos hasta la fecha en base a una unificaci¨®n parcial de las interacciones conocidas, cuya din¨¢mica se asienta en la existencia de simetr¨ªas del mundo f¨ªsico en sus niveles m¨¢s elementales, muy abstractas pero muy poderosas desde el punto de vista predictivo.

Pero la teor¨ªa s¨®lo es internamente coherente si es nula la masa de part¨ªculas, que son el equivalente para la interacci¨®n nuclear d¨¦bil del cuanto de luz para la interacci¨®n electromagn¨¦tica, cuando se sabe que estas part¨ªculas tienen que tener una masa distinta de cero (y muy elevada, cerca de 100 veces la masa del prot¨®n). Su existencia y sus propiedades fueron probadas tambi¨¦n en el CERN en los a?os ochenta. No exist¨ªa una forma simple de reconciliar ambos fen¨®menos: coherencia interna y masas distintas de cero. Lo que hicieron Higgs, Englert, Brout, y de forma distinta algunos otros cient¨ªficos de la ¨¦poca, fue imaginar un mecanismo que pudiera dotar de masa a las part¨ªculas que lo necesitaban, al tiempo que se preservaba la coherencia interna de la Teor¨ªa Est¨¢ndar.

La part¨ªcula de Higgs es un hermoso ejemplo del proceso de predicci¨®n y experimentaci¨®n

Dicho mecanismo requiere de la existencia de un nuevo campo, llamado de Higgs, con propiedades bastante peculiares, en cuya interacci¨®n el resto de las part¨ªculas adquirieran su masa sin alterar la propiedad b¨¢sica que asegura la coherencia de la teor¨ªa. Se trata de un mecanismo de una gran belleza conceptual aunque bastante artificioso, cuya manifestaci¨®n experimental ser¨ªa la existencia de part¨ªculas, llamadas tambi¨¦n de Higgs. No se ha encontrado, en todos estos a?os, ninguna soluci¨®n alternativa pero tampoco se hab¨ªa podido verificar en base a evidencia emp¨ªrica directa.

El hecho de que, finalmente, se haya obtenido esa evidencia es un notable ejemplo de c¨®mo funciona el m¨¦todo cient¨ªfico. A partir de datos experimentales, normalmente dispersos y sin l¨®gica aparente, y de ideas te¨®ricas, nuevas o generalizaci¨®n de otras precedentes, se puede llegar a la conclusi¨®n de que existen leyes de la naturaleza que dan sentido al conjunto de esos datos. Pero lo m¨¢s interesante es que, a partir de estas leyes, es posible predecir el resultado de nuevas observaciones nunca antes realizadas. En el proceso de contraste predicci¨®n/experimento se afinan, se mejoran y se consolidan (o se refutan) las hip¨®tesis te¨®ricas. La part¨ªcula de Higgs es un hermoso ejemplo de este proceso con un final feliz (aunque provisional, como todo en ciencia).

El perfil y las caracter¨ªsticas de quienes han hecho posible la predicci¨®n te¨®rica, primero, y el hallazgo experimental, despu¨¦s, no pueden se m¨¢s distintos. Como lo son sus competencias y su forma de trabajar. Sin embargo han convergido en el momento decisivo de la verificaci¨®n de una hip¨®tesis. Sin duda tanto unos (el CERN) como los otros (Higgs y Englert) merecer¨ªan una distinci¨®n como el premio Pr¨ªncipe de Asturias por separado. Que se haya producido una tesitura en que sus trabajos coincidan en un gran logro cient¨ªfico, justifica la oportunidad de dicha distinci¨®n conjunta.

Cayetano L¨®pez, f¨ªsico, es Director General del CIEMAT y exdelegado espa?ol en el Consejo del CERN.