Guía para comprender el Bosón de Higgs

El Bosón de Higgs -cuyos padres, Peter Higgs y François Englert, han ganado hoy martes el premio Nobel de Física 2013- es un tipo de partícula elemental que se cree tiene un papel fundamental en el mecanismo por el que se origina la masa en el Universo.

Se trata de la única partícula predicha por el Modelo Estándar de Física de Partículas que aún no había sido descubierta. El Modelo Estándar describe las partículas elementales y sus interacciones, pero queda una parte importante por confirmar, precisamente la que da respuesta al origen de la masa. Sin masa, el Universo sería un lugar muy diferente. Si el electrón no tuviera masa no habría átomos, con lo cual no existiría la materia como se conoce actualmente, por lo que tampoco habría química, ni biología, ni existiría el hombre.

En los años 60, varios físicos, entre ellos el británico Peter Higgs, postularon un mecanismo que se conoce como el 'Campo de Higgs'. Al igual que el fotón es el componente fundamental del campo electromagnético y de la luz, el 'Campo de Higgs' requiere la existencia de una partícula que lo componga, que los físicos llaman Bosón de Higgs.

El campo de Higgs sería una especie de continuo que se extiende por todo el espacio, formado por un incontable número de bosones de Higgs. La masa de las partículas estaría causada por una fricción con el campo de Higgs, por lo que las partículas que tienen una fricción mayor con este campo tienen una masa mayor.

LAS PARTÍCULAS SUBATÓMICAS

Las partículas subatómicas se dividen en dos tipos: fermiones y bosones. Los fermiones son aquellas que componen la materia, y los bosones las que portan las fuerzas o interacciones. Los componentes del átomo (electrones, protones y neutrones) son fermiones, mientras que el fotón, el gluón y los bosones W y Z, son los responsables, respectivamente, de las fuerzas electromagnética, nuclear fuerte y nuclear débil.

La diferencia del bosón con el fotón o el gluón es que no se puede detectar directamente, ya que una vez que se produce se desintegra casi instantáneamente dando lugar a otras partículas elementales más familiares. Es decir, cuando el bosón se crea, lo que se pueden ver son sus 'huellas', otras partículas, que son las que detecta el Gran Colisionador de Hadrones (LHC) que la Organización Europea para la Investigación Nuclear ha construido en Ginebra (Suiza).

Así, en el interior del anillo del LHC colisionan protones entre si a una velocidad cercana a la de la luz. Cuando se producen las colisiones en puntos estratégicos donde están situados grandes detectores, la energía del movimiento se libera y queda disponible para que se generen otras partículas. Cuanto mayor sea la energía de las partículas que chocan más masa podrán tener las resultantes, según la famosa ecuación de Einstein: E=mc2.

Debido a que el Modelo Estándar no establece la masa del Bosón de Higgs, sino un amplio rango de valores posibles, se requieren aceleradores muy potentes. El LHC es la culminación de una 'escalada energética' dirigida a descubrir el bosón de Higgs, un objetivo que se ha logrado ahora.

LOS DATOS QUE DEFINEN EL BOSÓN DE HIGGS

En Física de Partículas el concepto de observación se define estadísticamente en términos de desviaciones estándar o 'sigmas', que indican la probabilidad de que un resultado experimental se deba a la casualidad en vez de ser un efecto real.

Para conseguir una mayor significación estadística, y por tanto aumentar las probabilidades de observación, los experimentos necesitan analizar muchos datos. El LHC genera unos 300 millones de colisiones por segundo, por lo que la cantidad de datos a analizar es ingente. Se mide en femtobarns inversos, unidad que da idea de la cantidad de colisiones que se produce en un acelerador de partículas por unidad de área y tiempo (luminosidad).

La medida que se ha obtenido este miércoles es de 5 sigmas de nivel, lo que determina, de manera oficial, que se trata de un 'descubrimiento' u 'observación'. Para alcanzar 5 sigmas hay que sacar un mismo resultado más de 20 veces seguidas, una probabilidad menor de 0,00006 por ciento.

Tras el hallazgo, los expertos continúan los estudios para estar seguros de que una observación corresponde a un bosón de Higgs del Modelo Estándar y no a otra partícula diferente. Para ello es necesario estudiar en detalle y con más datos las propiedades de la nueva partícula. En concreto, si la forma en que se produce y se desintegra está de acuerdo con lo predicho por la teoría o no, lo cual sería aun mas interesante.

El descubrimiento de la partícula, es el comienzo de una nueva fase en la Física de Partículas ya que el bosón marca el camino en la investigación de otros muchos fenómenos físicos como la naturaleza de la materia oscura (que compone el 23 por ciento del Universo pero cuyas propiedades son completamente desconocidas).