El misterioso bos¨®n

Todos tenemos una idea intuitiva del concepto de la masa de las cosas. Por ejemplo, un elefante tiene mucha m¨¢s masa que una hormiga. Pero, ?cu¨¢l es el origen de la masa de las cosas? Una primera respuesta es simplemente que la masa de un objeto es la suma de las masas de los ¨¢tomos de los que est¨¢ compuesto. Un elefante es mucho m¨¢s masivo que una hormiga porque contiene muchos m¨¢s ¨¢tomos. Pero, ?de d¨®nde viene la masa de los ¨¢tomos? Al final la aut¨¦ntica pregunta es cu¨¢l es el origen de la masa de las part¨ªculas elementales como los protones y los neutrones, constituyentes de los ¨¢tomos. Buena parte de esa masa se debe a la interacci¨®n nuclear de dichas part¨ªculas. Pero otra parte y, en general, la masa del electr¨®n y de todo el resto de part¨ªculas elementales se debe a la misteriosa part¨ªcula de Higgs. O al menos eso dice la teor¨ªa. ?Qu¨¦ es la part¨ªcula de Higgs? Para entrever su significado hay que recordar otra noci¨®n, tambi¨¦n relativamente familiar, la de campo de fuerzas.

Nos suena cuando alguien nos habla del campo magn¨¦tico creado por un im¨¢n a su alrededor. O del campo gravitatorio terrestre, que nos atrae hacia el centro de la Tierra. La teor¨ªa nos dice que aparte de estos y otros campos de fuerzas existentes en la naturaleza, existe uno muy peculiar, el campo de Higgs. Todo el espacio est¨¢ relleno de este campo con un valor constante en el espacio. ?Cu¨¢l es el efecto f¨ªsico de este campo? Las part¨ªculas elementales, de las cuales est¨¢n hechas todas las cosas, cuando se mueven en el espacio se ven frenadas al interactuar con este viscoso fondo formado por el campo de Higgs. Este frenado, esa inercia que sufren las part¨ªculas es su masa. A primera vista parece algo hipot¨¦tico y dif¨ªcil de comprobar experimentalmente. Sin embargo, este campo de Higgs, como todo objeto f¨ªsico, est¨¢ sujeto a las leyes del mundo microsc¨®pico, las leyes de la mec¨¢nica cu¨¢ntica. Y la mec¨¢nica cu¨¢ntica nos dice que si existe un campo, debe de existir asociado a una part¨ªcula elemental. En el caso del campo electromagn¨¦tico las part¨ªculas asociadas son bien conocidas, son los fotones, que son los constituyentes de la luz y de la radiaci¨®n electromagn¨¦tica en general.

A la part¨ªcula asociada al campo de Higgs se le llama Bos¨®n de Higgs, en honor de Peter Higgs, un f¨ªsico brit¨¢nico que, junto con otros colegas, propuso la existencia de esta part¨ªcula en 1964. A pesar de su importancia, el Bos¨®n de Higgs es una part¨ªcula extremadamente ef¨ªmera. Una vez producida se desintegra en una billon¨¦sima de picosegundo (un picosegundo es una billon¨¦sima de segundo). Bosones de Higgs debieron de existir en abundancia, en el origen del universo, en el momento del Big-Bang, hace unos 10.000 millones de a?os, pero desaparecieron en su integridad (aunque no su efecto generador de la masa). Desde entonces pueden haber sido producidos espor¨¢dicamente en cataclismos estelares y posiblemente tambi¨¦n en el CERN, en Ginebra. La raz¨®n de la dificultad de su producci¨®n es su alta masa que sab¨ªamos hasta ahora deb¨ªa de ser al menos mayor que 115 veces la masa de un prot¨®n.

El acelerador LHC (Large Hadron Collider) del CERN (Centro Europeo de F¨ªsica de Part¨ªculas) es capaz de reproducir en el laboratorio algunas de las condiciones del Big-Bang 10.000 millones de a?os despu¨¦s. En un t¨²nel subterr¨¢neo de 27 kil¨®metros de circunferencia, se hacen circular a velocidades cercanas a la de la luz dos haces de protones en direcciones opuestas y se les hace chocar en dos zonas, donde est¨¢n situados dos enormes detectores de part¨ªculas denominados ATLAS y CMS. Al chocar estos haces, el LHC es capaz de concentrar una energ¨ªa equivalente a 7.000 veces la masa del prot¨®n en las zonas centrales de cada detector, m¨¢s que suficiente para producir Bosones de Higgs y detectarlos.

El trabajo de muchos centenares de f¨ªsicos experimentales de part¨ªculas e ingenieros, entre los que se cuentan muchos f¨ªsicos de universidades (Madrid, Barcelona, Valencia, Santander, Santiago, Oviedo) y centros de investigaci¨®n espa?oles (CIEMAT, IFIC, IFAE, IFCA), han hecho posible este ¨¦xito singular. Todo parece indicar que dichos experimentos han encontrado los primeros indicios s¨®lidos de la existencia del Bos¨®n de Higgs. Para confirmarlo habr¨¢ que esperar hasta finales del a?o que viene, en el que se espera triplicar el n¨²mero de colisiones en el LHC. Dicha confirmaci¨®n significa ya un gran triunfo para la f¨ªsica. Pero tambi¨¦n dejar¨ªa muchas preguntas por contestar, como por ejemplo por qu¨¦ la masa del Bos¨®n de Higgs es la que es. Todos esperamos que el LHC ayude a contestar muchas de las nuevas preguntas planteadas en los a?os pr¨®ximos.

Luis E. Ib¨¢?ez. Catedr¨¢tico del Departamento de F¨ªsica Te¨®rica de la Universidad Aut¨®noma de Madrid y miembro del Instituto de F¨ªsica Te¨®rica UAM/CSIC.