El año en que la física encontró su ‘eslabón perdido’: La ciencia del 2012 se rinde al bosón de Higgs

No cabe duda alguna: en términos científicos el año 2012 se ha rendido a los pies de Peter Higgs. La esquiva partícula formulada en 1964 por el físico, bautizada con su nombre y buscada desde entonces por cientos de equipos de investigación a lo largo y ancho del mundo, se dejaba ver por fin el pasado verano. La comunidad científica lo tiene claro. La revelación del bosón de Higgs es el descubrimiento del año según National Geographic y la prestigiosa revista Science, el director del Centro Europeo de Investigación Científica (CERN), escenario del hallazgo, ha sido nombrado mejor científico de 2012 por la revista Nature, el propio CERN se ha llevado el primer premio mundial de Física Fundamental y podríamos augurar, probablemente sin equivocarnos, que el próximo Nobel de Física no tardará en caer entre las manos de Peter Higgs. Y la gran mayoría de los mortales nos preguntamos, ¿por qué? ¿Qué significa que Higgs haya encontrado al fin su buscada partícula?

Según el doctor en Física Teórica, profesor de investigación del CSIC en el Instituto de Física Teórica (CSIC-UAM) y ex investigador del CERN, Alberto Casas, “la importancia radica en que era una pieza que faltaba por descubrir en lo que se llama el modelo estándar de física de partículas, la teoría vigente para entender cómo funcionan las partículas fundamentales y, por lo tanto, la naturaleza en su nivel más básico”. Coautor del libro El bosón de Higgs (Catarata), Casas defiende que es el “descubrimiento más importante en física de partículas” que se ha hecho nunca y que, “de alguna manera, se ha cerrado un capítulo en la historia de la Física”.

Fue el pasado 4 de julio. La Conferencia Internacional de Física de Altas Energías (ICHEP 2012) arrancaba en Melbourne con el aliento contenido ante los rumores que llevaban días señalando a Higgs, justo antes de estallar en un aplauso colectivo de los presentes con un significado parecido al ‘¡Por fin!’. El CERN anunciaba “la más sólida evidencia” del bosón, una partícula formulada como llave al resto de la Física y que mantenía cinco décadas de suspense en torno a si la naturaleza funciona efectivamente como creemos.

El bosón de Higgs era, hasta hace unos meses, un concepto teórico: los experimentos y reformulaciones de la física deducían su existencia una y otra vez pero nunca había sido observado directamente. ¿Qué tiene de especial esta partícula para mantener en jaque a la comunidad científica durante cincuenta años? ¿Por qué se han invertido entre 4.000 y 8.000 millones de euros –eso sí, a lo largo de veinte años y entre más de 20 países- en esta especie de búsqueda y captura? El bosón de Higgs vendría a ser el ‘eslabón perdido’ de la Física.

¿Qué es el bosón de Higgs?
El modelo original y más sencillo consensuado por los científicos a partir de la observación de la realidad como base de todos los procesos físicos de la naturaleza es el llamado modelo estándar. Esta teoría explica matemáticamente el funcionamiento de las partículas y, por extensión, de toda la naturaleza y ha sido reafirmado por millones de pruebas empíricas. En resumen: funciona.

El único cabo que se escapa de la madeja “casi” perfecta de la teoría física de partículas viene de un problema de masa: el modelo estándar, para que se cumpla en todos los casos, requiere que las partículas tengan una masa cero, algo que no se corresponde con lo que se observa en la realidad. Si el modelo estándar, que se ha dado por bueno desde hace décadas, nos dice que las partículas no tienen masa, ¿cuál es el origen de esa materia que se observa? Fue Higgs quien, en 1964, formuló la existencia de una partícula, concretamente un bosón, con la capacidad de otorgar masa al resto de partículas, le dio su apellido y demostró que toda la teoría física quedaba perfectamente ordenada en torno al nuevo elemento.

Buena parte de la comunidad científica veía en el año 2013 la ‘dead line’ para el descubrimiento del bosón. Si no aparecía, sería necesario replantear muchas de las leyes físicas sobre las que se construye la ciencia actual y volver a indagar en lo más básico y, precisamente por eso, hermético: el porqué del funcionamiento de las cosas. Los experimentos del CERN en el Gran Colisionador de Hadrones (LHC), el mayor y más potente acelerador de partículas jamás construido, han logrado una evidencia de Higgs un año antes, consolidando por fin una manera de entender el mundo que, desde los años 70, sostenía demasiado peso sin una base cien por cien contrastada. Los cimientos de la física son ahora más robustos que nunca.

¿Qué aplicaciones prácticas tiene?
La realidad es que el bosón de Higgs no tiene una aplicación práctica directa a día de hoy. La física de partículas está lejos de parecerse a los descubrimientos en torno a la ciencia de la salud. Sin embargo, tal y como señala el físico Alberto Casas, hay tres niveles en los que Higgs es un verdadero e incomparable triunfo.

En primer lugar y de manera instantánea, “ha cubierto algo verdaderamente importante para el ser humano que es la satisfacción intelectual”. Casas destaca la expectación de la comunidad científica en torno a esta solución “bastante mágica” al problema del modelo estándar que es el bosón de Higgs. “Estábamos todos expectantes por ver si este mecanismo que se le había ocurrido a ciertas personas realmente era el que había elegido la naturaleza y lo sorprendente es que la naturaleza, efectivamente, lo ha elegido”.

Por otra parte, Casas apunta a las aplicaciones prácticas indirectas ya perpetuadas, aquellas derivadas del conocimiento que ha sido necesario desplegar para el experimento, para la construcción del propio LHC. “El LHC es una máquina al límite que utiliza una tecnología extraordinaria cuyo desarrollo ha producido cantidad de ‘spin-off’ tecnológicos aplicados a campos de lo más diverso”, explica.

En un nivel más profundo, el de las utilidades que pueda tener el bosón de Higgs en sí mismo, el desconocimiento es aún absoluto. Sin embargo, tal y como expone Casas, esta aparente inoperancia actual “ha pasado siempre” con este tipo de ciencia tan elemental. “Cuando se hacen avances en ciencia básica, pasos hacia delante en el entendimiento de cómo funciona la naturaleza, lo normal es que no se vea enseguida la aplicación que puede tener, pero las utilidades acaban llegando con el tiempo”.

El investigador ilustra con un ejemplo: la microelectrónica, en la que vivimos hoy más que inmersos, se basa en la mecánica cuántica, que era la ciencia básica de los años 20 del siglo pasado. “En aquel momento nadie podía imaginar las aplicaciones que iba a tener”, termina Casas, quien defiende que para que la “tecnología aplicada avance hay mantener la ciencia básica viva”.

¿Y ahora qué pasa con el LHC?
Aunque el bosón de Higgs por fin ha dado la cara, al LHC le queda mucho trabajo por delante. Primero porque la investigación no termina con el descubrimiento, sino que el siguiente paso es estudiar las propiedades de esta partícula, “completamente distintas a todas las demás”, según Alberto Casas, y determinar si son las mismas que las descritas por Higgs en los sesenta. En segundo lugar, porque aunque Higgs sería la actual cabeza visible de la física de partículas, esta rama de la ciencia tiene por delante un amplio horizonte tanto teórico como práctico.

De momento, el gigante del CERN se va a tomar dos años sabáticos. Durante esta parada técnica, se va a mejorar el rendimiento del LHC, rediseñando los elementos que fallaron en 2008 y que lo han obligado a trabajar desde entondes por debajo de sus posibilidades, a 8 T’s. A partir de 2015, el LHC empezará a funcionar con la máxima energía para la que fue diseñado: 14 T’s, para hacerse una idea, una energía 4.000 veces superior a la masa de los protones que protagonizan las colisiones en el interior de su anillo kilométrico.

“Es cierto que el bosón de Higgs cierro un capítulo, pero también creo que se abre otro”, indica Casas. “Hay muchos enigmas que no entendemos y que están pendientes. Tenemos esperanzas fundadas de que en el LHC se descubra nueva física, a parte del modelo estándar, más allá de Higgs, nueva física que nos alumbre en el terreno de lo desconocido”, termina.

Peter Higgs, ¿próximo Nobel de Física?
Como no podía ser de otra manera después de tan flamante éxito, todos los dedos apuntan a Peter Higgs como el futuro dueño del próximo premio Nobel de Física 2013. Uno de esos dedos es el de Alberto Casas. Pero el físico del CSIC cree que va a ser un premio compartido con otro colega de profesión: el belga Francois Engler.

Meses antes de que Higgs postulara por vez primera su archifamoso bosón, Robert Brout, ya fallecido, y Francois Engler propusieron el mecanismo sobre el que se basa la teoría de Higgs: aquel que permite entender por qué la materia tiene masa. En el mismo año 1964, Peter Higgs escribió un artículo en el que mencionaba a Brout y Engler para plantear el mismo mecanismo pero, además, él concretó la teoría en una partícula concreta: el bosón de Higgs. La partícula, por tanto, fue descrita por Higgs, pero el mecanismo lo plantearon antes Brout y Engler.