El bos¨®n de Higgs y la estructura ¨ªntima de la materia

Durante las ¨²ltimas d¨¦cadas, los f¨ªsicos han llegado a un entendimiento de la estructura ¨ªntima de la materia y sus interacciones a nivel microsc¨®pico que se resume en el llamado Modelo Est¨¢ndar. Dicho modelo describe la materia en t¨¦rminos de quarks (por ejemplo, los protones y neutrones, las part¨ªculas que forman el n¨²cleo de los ¨¢tomos, se entienden como meras combinaciones de quarks de diferentes tipos) y leptones (familia a la que pertenecen el electr¨®n, neutrinos y part¨ªculas menos conocidas como muones y taus).

As¨ª mismo, los f¨ªsicos consideran cuatro tipos de interacciones entre part¨ªculas: la fuerza "fuerte" responsable de ligar quarks dentro de los protones y neutrones y garantizar la estabilidad de los n¨²cleos en los ¨¢tomos; la fuerza electromagn¨¦tica que gobierna las interacciones entre cargas el¨¦ctricas y es la base de la electr¨®nica; la fuerza "d¨¦bil" responsable de procesos de radioactividad usados, por ejemplo, en terapia m¨¦dica; y finalmente, la gravedad, la m¨¢s com¨²n pero quiz¨¢s la menos entendida, que determina la atracci¨®n entre masas y nos mantiene pegados a la Tierra, pero que s¨®lo juega un papel relevante a nivel macrosc¨®pico/cosmol¨®gico.

El Modelo Est¨¢ndar de los f¨ªsicos a¨²n deja muchas preguntas sin responder, pero quiz¨¢s una de las m¨¢s importantes sea: ?Cu¨¢l es el origen de la masa de las part¨ªculas? Los f¨ªsicos creen que la respuesta pueda estar relacionada con la presencia de una part¨ªcula nueva, a¨²n no observada, el bos¨®n de Higgs, que al interaccionar con las dem¨¢s las viste con una masa.

En la d¨¦cada de los a?os setenta, los f¨ªsicos lograron entender que las fuerzas electromagn¨¦tica y d¨¦bil, si se miran con cierta atenci¨®n, son en realidad dos manifestaciones de una misma cosa "la fuerza electro-d¨¦bil" . El proceso que las separa predice la existencia de una part¨ªcula Higgs, que diferencia entre un fot¨®n (cuanto de luz) sin masa y mensajero de la interacci¨®n electromagn¨¦tica, y dos part¨ªculas muy pesadas (llamadas W y Z), mensajeros de la interacci¨®n d¨¦bil y que se descubrieron en el CERN (Ginebra) en la d¨¦cada de los 80.

Desde entonces, todas las miradas se han puesto en encontrar la pieza del puzzle que le falta a los f¨ªsicos, la part¨ªcula Higgs. Las investigaciones en el antiguo colisionador LEP, en el CERN, no permitieron encontrarlo, pero si establecieron que, si la part¨ªcula Higgs existiese, deber¨ªa tener una masa mayor que 114 GeV/c2 ( 114 veces la masa de un pr¨®ton ) cuando, por otro lado, argumentos te¨®ricos, relacionados con la teor¨ªa electro-d¨¦bil de los f¨ªsicos, predicen una masa inferior a 185 GeV/c2. Durante los ¨²ltimos a?os, el CERN se ha embarcado en la construcci¨®n del LHC y sus experimentos. En 2002, Tevatron en USA tom¨® el testigo en la b¨²squeda del Higgs, antes de la puesta en marcha del nuevo colisionador europeo a finales de este a?o.

Tras casi siete a?os de toma de datos en el Tevatron, los experimentos CDF y Dzero de ese acelerador han conseguido establecer ahora que el bos¨®n de Higgs no podr¨¢ tener una masa en el rango entre 160 GeV/c2 y 170 GeV/c2. En dicha regi¨®n de masa, la part¨ªcula Higgs decaer¨ªa en pares de part¨ªculas W (H -> WW) permitiendo su identificaci¨®n en el LHC de una forma relativamente simple. Por otro lado, la b¨²squeda de un Higgs m¨¢s ligero es experimentalmente m¨¢s complicado y por tanto requerir¨¢ m¨¢s tiempo.

Mario Mart¨ªnez P¨¦rez es f¨ªsico del equipo CDF del Tevatron de Chicago y profesor de investigaci¨®n del Icrea en IFAE-Barcelona.