Lo que nos faltaba: el bos¨®n de Higgs

De ning¨²n Nobel de F¨ªsica se ha escrito tanto ¡ªantes, durante o despu¨¦s del parto¡ª como este a?o. Los galardonados, el belga Fran?ois Englert y el brit¨¢nico Peter Higgs, son muy distintos, uno con su permanente sonrisa de diablillo, el otro con cara de sabio despistado diciendo ¡°?que no fui yo, no fui¡­!¡±. Se conocieron el 4 de julio de 2012, cuando en el CERN (Laboratorio Europeo de F¨ªsica de Part¨ªculas) se anunci¨® el descubrimiento del bos¨®n de Higgs, con medio siglo de retraso respecto a la publicaci¨®n del ahora premiado mecanismo de Brout, Englert y Higgs (BEH) y tras la muerte del primero.

Las part¨ªculas elementales son las que, si tienen partes, no lo sabemos. Son tan sencillas que sus propiedades, como la carga el¨¦ctrica de cada una, se pueden contar con pocos dedos. En sus carn¨¦s de identidad figura otra propiedad crucial: la masa. El mecanismo BEH explica c¨®mo aquellas que tienen masa, la adquieren. Muchos pedantes critican la afirmaci¨®n de que el mecanismo BEH explica el origen de la masa, porque la masa de mi querida lectora no es la suma de las de los quarks (up y down) y electrones que la constituyen. De modo semejante, la masa de un ¨¢tomo de hidr¨®geno no es la suma de la de su n¨²cleo (un prot¨®n, hecho de tres quarks) y su electr¨®n: la energ¨ªa que los liga tambi¨¦n contribuye. De ah¨ª que subrayara elementales.

Un concepto b¨¢sico en nuestro entendimiento de lo que son las cosas es el de campo. No solo el Camp Nou o el Bernab¨¦u, sino campos de los que, tambi¨¦n queramos o no, somos conscientes, como el campo gravitacional de la Tierra. Incluso con los ojos cerrados sabemos que hay una substancia invisible ¡ªel citado campo¡ª que nos mantiene atados al suelo. Otro campo que podemos experimentar es el electromagn¨¦tico. Hace que se nos pongan los pelos de punta pein¨¢ndolos cuando est¨¢n secos. Sus vibraciones son part¨ªculas elementales, los fotones de la luz que vemos y de las ondas de radio o los rayos X que podemos, con los artilugios adecuados, detectar.

El mecanismo de BEH generar¨ªa espont¨¢neamente y por doquier un valor no nulo de otro campo fundamental: el campo de Higgs (y ahora, oficialmente, de B&E). A diferencia de otros, este campo ser¨ªa uniforme y constante en todo el universo. Aun si pudiese sustraerle toda la materia y radiaci¨®n que contiene, el universo no estar¨ªa vac¨ªo.

?C¨®mo funcionan las cosas? Una part¨ªcula cargada, como el electr¨®n, puede emitir o absorber fotones. La magnitud con la que esto sucede es la medida del valor de su carga el¨¦ctrica. Si el fot¨®n emitido por un electr¨®n es absorbido por otro, el proceso es una interacci¨®n (un choque a distancia) entre los dos electrones. La emisi¨®n o absorci¨®n de un fot¨®n es una interacci¨®n local: ha lugar en un punto determinado del espacio-tiempo.

Dada la incorporaci¨®n del mecanismo BEH al llamado Modelo Est¨¢ndar de las part¨ªculas conocidas, aquellas que tienen masa la adquieren al interaccionar localmente, m¨¢s o menos intensamente, con el campo de Higgs que uniformemente permea el universo. El modelo protege algunas part¨ªculas, como el fot¨®n, del riesgo de engordar: para ellas el vac¨ªo ¡ªque no lo est¨¢¡ª es transparente y no adquieren masa. Los s¨ªmiles que describen estos fen¨®menos (peces flacos o gordos en el agua, etc¨¦tera) son divertidos, pero inaceptables para un tribunal suficientemente puntilloso.

Como todo campo fundamental, el campo de BEH puede hacerse vibrar y sus vibraciones son part¨ªculas elementales: bosones de Higgs. Su masa es tan grande (unas 135 veces la de un prot¨®n) que su creaci¨®n ha requerido la elevada energ¨ªa del colisionador LHC del CERN y su descubrimiento, la precisi¨®n de la teor¨ªa de c¨®mo se producen y casi inmediatamente se desintegran, as¨ª como la maravilla tecnol¨®gica que son los detectores Atlas y CMS que lo encontraron. El bos¨®n es la pistola humeante del mecanismo de Brout, Englert y Higgs, que los dos primeros ni mencionaron en su art¨ªculo, ¡°por ser evidente¡±, Englert dixit.

No sabemos por qu¨¦ las masas de las part¨ªculas tienen los valores precisos que tienen, ni si la masa de los neutrinos se genera por un mecanismo tan sencillo como el de BEH. Tampoco sabemos hasta qu¨¦ punto el bos¨®n es elemental, no se han medido todas sus interacciones y no tenemos ni idea de por qu¨¦ su masa es la que es. Su valor, en el modelo est¨¢ndar, implica que el universo es ¡ªo casi es¡ª inestable: habr¨ªa otro estado m¨¢s abajo al que podr¨ªa catastr¨®ficamente caerse.

Nuestro universo, aun si es inestable, tendr¨ªa una probabilidad elevad¨ªsima de vivir mucho m¨¢s de lo que ya lo ha hecho. Con el descubrimiento del afamado bos¨®n queda completado el modelo est¨¢ndar, pero el cosmos o la investigaci¨®n no se acaban, queda camino que andar. Este modelo explica a fondo el comportamiento de la materia, la radiaci¨®n, las estrellas, la qu¨ªmica y hasta la vida. Aunque algunos aspectos de la ¨²ltima, como la pol¨ªtica cient¨ªfica del Gobierno, eludan todo entendimiento racional.

?lvaro de R¨²jula es f¨ªsico te¨®rico del CERN y del Instituto de F¨ªsica Te¨®rica (CSIC-UAM).