?Qu¨¦ fue del bos¨®n de Higgs?

Hace diez a?os, la construcci¨®n de una m¨¢quina descomunal para capturar una part¨ªcula diminuta atrap¨® la imaginaci¨®n del mundo. Bajo el CERN, un gigantesco laboratorio de f¨ªsica a las afueras de Ginebra (Suiza), se hab¨ªa construido un acelerador de part¨ªculas de 27 kil¨®metros de circunferencia capaz de empujar protones hasta una velocidad cercana a la de la luz. Los f¨ªsicos hac¨ªan chocar aquellos haces de part¨ªculas microsc¨®picas para reconstruir las circunstancias energ¨¦ticas de los primeros segundos de vida del universo y tratar de desvelar aspectos sobre la naturaleza de la materia invisibles en condiciones normales. En aquel tiempo se lleg¨® a fantasear con la posibilidad de que la m¨¢quina crease un agujero negro que engullese el mundo, pero salvo alg¨²n inconveniente, todo sali¨® m¨¢s o menos seg¨²n lo previsto.

En 2012, los responsables del CERN anunciaron el descubrimiento del bos¨®n de Higgs, la part¨ªcula que daba masa a todas las dem¨¢s, completaba el Modelo Est¨¢ndar de F¨ªsica de Part¨ªculas y justificaba en buena medida una inversi¨®n de m¨¢s de 5.000 millones de euros. El ¨¦xito de la b¨²squeda del higgs se confirm¨® al a?o siguiente cuando Peter Higgs y Fran?ois Englert recibieron el premio Nobel de F¨ªsica de 2013 por haber predicho la existencia de la part¨ªcula medio siglo antes. Pero aunque el trabajo grueso parec¨ªa finalizado, la validez de unos modelos f¨ªsicos o de otros, de qu¨¦ es exactamente la materia oscura o de si la supersimetr¨ªa, en la que no solo habr¨ªa un bos¨®n de Higgs, sino muchos, puede ser la teor¨ªa que nos lleve un paso m¨¢s all¨¢ en la comprensi¨®n del universo, depende de detalles.

Un 60% de las veces que aparece el bos¨®n de higgs se desintegra del modo descubierto ahora, seis a?os de detectar la part¨ªcula

Hace unos d¨ªas, el CERN anunciaba que, seis a?os despu¨¦s de presentar el bos¨®n de Higgs al mundo, hab¨ªa encontrado entre los escombros de los impactos entre protones la desintegraci¨®n m¨¢s com¨²n del bos¨®n de Higgs. Como si se tratase de un equipo que analiza c¨®mo sucedi¨® un accidente de tr¨¢fico a partir de los frenazos o los restos de los autom¨®viles involucrados, los f¨ªsicos detectan determinadas part¨ªculas a partir de c¨®mo se desintegran. En las condiciones de nuestro mundo, un bos¨®n de Higgs permanece estable durante un tiempo ¨ªnfimo, billon¨¦simas de billon¨¦simas de segundo. Desde que se crea hasta que desaparece no llega a recorrer lo que ocupa un n¨²cleo at¨®mico y despu¨¦s se desmorona dejando tras de s¨ª una cascada de part¨ªculas caracter¨ªsticas. En este caso, las part¨ªculas eran una part¨ªcula ¡®bottom¡¯ y su correspondiente antipart¨ªcula.

Los planteamientos te¨®ricos, calculan que el 60% de las veces que aparece el higgs en el LHC se desintegra de este modo. Sin embargo, los choques entre protones producen muchos quarks bottom y antibottom por motivos completamente diferentes y esas part¨ªculas ensucian la imagen de la desintegraci¨®n del Higgs, mucho m¨¢s infrecuente. Por eso, el higgs se hall¨® antes en forma de desintegraci¨®n de dos fotones, algo que sucede solo un 0,2% de las veces, pero que es m¨¢s f¨¢cil de separar del ruido que se acumula en los detectores ATLAS y CMS. Abrir esta nueva v¨ªa de exploraci¨®n del campo de Higgs, no obstante, proporciona un nuevo espacio para observar el comportamiento del bos¨®n a trav¨¦s, por ejemplo, de la interacci¨®n con part¨ªculas a¨²n por descubrir.

Aunque la existencia del higgs y sus distintas formas de desintegraci¨®n estaban previstas, Alberto Casas, investigador del Instituto de F¨ªsica Te¨®rica de Madrid, se?ala que ¡°en ciencia no basta con predecir te¨®ricamente un fen¨®meno, hace falta comprobar esa predicci¨®n experimentalmente¡±. ¡°De hecho, hay muchos modelos alternativos al Modelo Est¨¢ndar, el actual paradigma de la f¨ªsica de part¨ªculas, con predicciones diferentes. La desintegraci¨®n observada es una consecuencia crucial del Modelo Est¨¢ndar, por lo que era muy importante su verificaci¨®n¡±, a?ade.

El bos¨®n de Higgs puede interactuar con la materia oscura, pero esas relaciones producir¨ªan desintegraciones invisibles a los detectores actuales

Despu¨¦s de confirmar las predicciones del ME, descubrimientos como la ¨²ltima desintegraci¨®n del higgs servir¨¢n para determinar su naturaleza con precisi¨®n y saber c¨®mo encaja en otros planteamientos te¨®ricos que tratan de explicar misterios como la materia oscura. Casas apunta que ¡°hay modelos de materia oscura en los que esta interacci¨®n es clave para entender su abundancia¡±, pero recuerda que habr¨ªa una dificultad para observarla con la tecnolog¨ªa actual: ¡°Ser¨ªan desintegraciones ¡°invisibles¡±, o sea, el bos¨®n de Higgs se desintegrar¨ªa en part¨ªculas de materia oscura que escapan a los detectores¡±. Adem¨¢s, las relaciones del bos¨®n con la materia visible y la oscura tambi¨¦n es diferente porque en la mayor¨ªa de los modelos de materia oscura ¡°la masa de estas part¨ªculas no est¨¢ generada por el campo de Higgs o lo est¨¢ solo parcialmente¡±, contin¨²a Casas.

Muchos grandes descubrimientos de la historia de la f¨ªsica han surgido a partir de observaciones de gran precisi¨®n, que demostraban que la teor¨ªa al uso deb¨ªa ser modificada. "Un ejemplo es la precesi¨®n de la ¨®rbita de Mercurio (de solo 43 segundos de arco por siglo), que mostr¨® la superioridad de la teor¨ªa de la relatividad de Einstein sobre la ley de gravitaci¨®n de Newton", explica el investigador del IFT.

"El sector de Higgs es el m¨¢s reciente, el m¨¢s desconocido y el m¨¢s extra?o del Modelo Est¨¢ndar. De hecho, muestra aspectos parad¨®jicos que no se comprenden bien y que nos hacen pensar en la existencia de una nueva f¨ªsica m¨¢s profunda que nos permita entenderlos. Por ello, profundizar en el conocimiento, te¨®rico y experimental, del bos¨®n de Higgs es crucial para el avance de la f¨ªsica fundamental", concluye.