Juan José Cadenas: El bosón de Higgs y Xabi Alonso - Jot Down Cultural Magazine

Juan José Cadenas: El bosón de Higgs y Xabi Alonso

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Escribo estas líneas desde Figueira da Foz, donde participo en una conferencia para reconstruir imágenes usando detectores de radiación, IWORID2012. Es un buen ejemplo de sinergia en ciencia. En NEXT, un experimento que busca demostrar que el neutrino es su propia antipartícula, usamos una tecnología de reconstrucción de imágenes similar a la que se usa para reconstruir órganos en PET (Positron Emission Tomography).

En el CERN, entre tanto, se estarán ultimando los preparativos para el seminario del miércoles, las conferencias de prensa y la Higgsteria (el término viene de Twitter y no tiene desperdicio) que presumiblemente seguirá. Hoy ya había Higgsleaks en todos los medios.

Se dan al menos dos circunstancias desafortunadas con el bosón de Higgs. La primera, el nombre, que no puede ser más feo. No es nada personal contra el venerable Peter Higgs, uno de los científicos que contribuyó a formular el concepto y posiblemente candidato a premio Nobel del año que viene. Pero no me nieguen que entre neutrino de Majorana y bosón de Higgs hay una diferencia. Y es que Ettore Majorana, además de ser un físico genial y un personaje trágico, tenía un nombre bonito.

El segundo tropezón del bosón, valga el ripio, es la desafortunada idea de llamarle “partícula de Dios”. La historia del despropósito es como sigue. Leo Lederman, premio Nobel de física por el descubrimiento del neutrino muónico (junto a Melvin Schwartz y Jack Steinberger) decidió, allá por los noventa, escribir un libro de divulgación (a todos los físicos nos da por ahí, antes o después) y se le ocurrió la idea de llamar al bosón de Higgs, “The Goddamn Particle” (término que podríamos traducir por “la puñetera partícula”). El nombre venía a cuento de lo escurridizo y difícil de detectar que era el bicho en cuestión.

Pero hete aquí que el editor del libro ve el título que el Nobel propone: The Goddamn Particle: If the Universe is the Answer, What is the Question? (La puñetera partícula: si el Universo es la respuesta, cuál es la pregunta) y rápido de reflejos como son todos en la profesión convence al laureado para cambiar a: The God Particle: If the Universe is the Answer, What is the Question? (La partícula de Dios: si el Universo…)

Con la iglesia, nunca mejor dicho, hemos topado. El título da a entender que hay una relación entre Dios, el Universo y el Higgs. El resto es historia y sobre todo histeria, o mejor Higgsteria. El bosón de Higgs, digámoslo ya, no tiene nada que ver con Dios. En cambio, tiene mucho que ver con una de las más venerables ideas en ciencia. El éter.

Ya hablamos del éter en este blog. Los físicos del XIX lo utilizaban para llenar el espacio, de tal manera que los campos electromagnéticos (la luz) pudieran propagarse en algo. El éter lumínico resultó ser innecesario, como también vimos, y la teoría de la relatividad dio buena cuenta de él. Pero otra de sus encarnaciones parece describir correctamente la realidad.

Figura 1.1. La Tierra tiene espín levógiro.

La Figura 1.1 muestra el sentido de rotación de la Tierra en torno a un eje que pasa (casi) por sus polos. La Tierra gira en el sentido contario a las agujas del reloj, o levógiro. Esta rotación (a la que podemos llamar espín) es una importante propiedad, responsable de que haya día y noche.

Figura 1.2. Los electrones y demás partículas elementales adquieren su masa cuando su espín “choca” contra el campo de Higgs.

Las partículas elementales tales como los neutrinos, electrones y quarks tienen una propiedad que los físicos denominamos espín y que puede relacionarse (al menos en sus matemáticas) con la de una esfera que rota en dirección levógira o dextrógira. De hecho, hasta hace pocos años el neutrino se consideraba una partícula sin masa. La propiedad que distingue un neutrino sin masa de un antineutrino (que tampoco tiene masa) es precisamente su espín. A diferencia del electrón, que tiene carga negativa (lo cual obliga a que el positrón, su antipartícula tenga carga positiva), el neutrino no tiene carga eléctrica, pero si no tiene masa “gira” en dirección contraria a las agujas del reloj (levógiro) mientras que el antineutrino lo hace en sentido contrario (dextrógiro).

En esta última década hemos demostrado que el neutrino tiene una masa muy pequeña. El valor preciso de su masa todavía no ha sido medido pero puede ser del orden unos diez millones de veces más pequeña que la del electrón. Esto quiere decir que el neutrino es “casi” levógiro y el antineutrino “casi” dextrógiro… pero no del todo. Por culpa de esta pequeña masa hay que permitir una pequeña componente dextrógira para el neutrino y levógira para el antineutrino.

O bien, podemos darle la vuelta a la tortilla e imaginar que el universo está lleno de un éter, el campo de Higgs, que se acopla (interacciona) con el espín de las partículas. Si la partícula es puramente levógira o puramente dextrógira, el campo no interacciona con ella. Si la partícula tiene una componente levógira y otra dextrógira, el campo se acopla a ella, esto es, la componente levógira choca con el campo y pasa a dextrógira que a su vez vuelve a chocar y pasa a levógira y así sucesivamente, tal como se ilustra en la Figura 1.2. Esta secuencia de choques dificulta la propagación de la partícula, le quita velocidad (los neutrinos sin masa, se mueven, como los fotones a la velocidad de la luz) y, por tanto, es equivalente a una masa. Cuanto más pequeña es la componente dextrógira (levógira) de la partícula (antipartícula), menos masa, el caso del neutrino y en menor medida del electrón. Si ambas componentes son del mismo orden, la masa es grande, el caso del quark top. Los fotones tienen un valor del espín diferente (no tienen dos estados, levógiros y dextrógiro) y, en consecuencia, no interaccionan con el Higgs y no ganan masa.

La masa del bosón de Higgs aparece cuando se forman “grumos” o condensados del campo de Higgs. Estos grumos podemos imaginarlos como perturbaciones locales del campo. En 1996, el físico inglés David Miller creo una tira de cómics que explica brillantemente el concepto. En la primera viñeta vemos una habitación llena de físicos. La habitación es el universo y los físicos el campo de Higgs. Pero con el permiso de Miller y para celebrar la Eurocopa, me permitirá el lector que me lo imagine más bien como una habitación llena de hinchas de la Roja.