La cacería por la partícula de Higgs entra en su recta final [SA]

Bill Murray es un hombre con secretos. Junto a un puñado de científicos del CERN, la instalación europea de física de partículas localizada cerca de Ginebra, Suiza, Murray es uno de los pocos investigadores con acceso a los últimos datos sobre el bosón de Higgs -la partícula más buscada en el campo de la física subatómica-.

Mirando su portátil, traza una fina línea negra que serpentea a través de un área sombreada en el centro de un gráfico. Estos son los frutos del trabajo que se ha realizado durante el verano. “Es interesante, en realidad, estar repasando esto de nuevo,” reflexiona. Una pausa tentadora. “Pero no, no puedo decir…”

A pesar de la esquivez de Murray, quedan pocos sitios para que la partícula de Higgs se esconda. Anunciada como la partícula que ayuda a conferir masa a otra materia, y la última pieza restante del “modelo estándar” de la física de partículas, el bosón de Higgs sería un buen trofeo para el Gran colisionador de hadrones (LHC, por sus siglas en inglés) del CERN, el más potente del mundo. Pero hasta ahora, los dos gigantescos detectores -ATLAS, donde Murray trabaja, y el CMS- todavía no han visto ninguna señal convincente de esta elusiva partícula.

En una conferencia en parís el 18 de noviembre, los equipos del ATLAS y el CMS presentaron una análisis combinado que elimina una gran franja de masas potenciales para la partícula de Higgs. Descartado se halla el rango de masas entre 141 a 476 gigaelectrón-voltios (GeV; energía y masa son intercambiables en la física de partículas). Añadiendo esto a varios resultados obtenidos en los años noventa, solo queda el relativamente estrecho margen de 114-141 GeV en el cual se podría esconder la partícula.

El análisis de los últimos datos, obtenidos este mismo otoño -que Murray no está preparado aún para compartir- batirá el rango de masas que queda. Si resulta estar vacío, los físicos tendrán que aceptar que la partícula simplemente no está ahí. Trabajando contrarreloj, los equipos de los detectores esperan tener esta gran cantidad de datos analizada antes del fin de diciembre. “Sabremos el resultado en unas semanas” dice Guido Tonelli, portavoz del detector CMS.

Esperando por Dios

La búsqueda del bosón de Higgs, a veces llamada “la partícula de Dios” debido al título de un libro de 1993 del premio Nobel Leon Lederman, es la cara pública de la ciencia en el LHC. Algunos de los físicos ponen muecas ante semejante término, pero sostienen una devoción casi religiosa al la susodicha partícula. Contrariamente a la creencia popular, sus convicciones tienen menos que ver con la masa que con las fuerzas fundamentales.

Hay cuatro fuerzas fundamentales en acción en la naturaleza: la gravedad, las fuerzas nucleares fuertes, la fuerzas nucleares débiles y el electromagnetismo. Desde los mediados de los años sesenta, los físicos han sospechado que las fuerzas nucleares débiles y las electromagnéticas son en realidad distintos aspectos de una misma fuerza “electrodébil”. Esto es debido parcialmente a que el fotón, la partícula portadora de fuerza del electromagnetismo, es muy similar a las partículas portadoras de fuerza de las nucleares débiles- los bosones W y Z -. Además, una sola teoría electrodébil predice acertadamente las interacciones entre partículas fundamentales.

Hay un problema, sin embargo: los bosones W y Z son muy pesados, de alrededor de 100 GeV, donde el fotón no tiene masa. Para explicar la diferencia, unos físicos (incluyendo a Peter Higgs en 1964) propusieron un nuevo campo y una nueva partícula. El mecanismo de Higgs interactuaria con los bosones W y Z, proporcionándoles masa, pero ignoraría a los fotones, permitiéndole permanecer carente de masa. Ajustes relativamente sencillos al susodicho mecanismo permiten dotar a otras partículas, como los quarks, con sus masas observadas.

“El bosón de Higgs buscado con el CERN está esperado en condición de la solución más simple” para la teoría electrodébil, dice Steven Weinberg, un físico teórico que ganó un premio Nobel en 1979 por su trabajo unificando unificando el electromagnetismo y las nucleares débiles. “Pero hay otras posibilidades”, añade, estimando que las posibilidades de que los detectores del LHC encuentren el bosón de Higgs son aproximadamente del 50%.

Si no existe el bosón de Higgs,¿entonces qué? Gian Giudice, un físico teórico en el CERN, publicó recientemente un trabajo sugiriendo que concentraciones gigantescas de bosones W podrían servir al mismo propósito, pero incluso él admite que “Sería una gran sorpresa si fuera verdad”. Otros modelos que excluyen al bosón de Higgs implican la existencia de varias dimensiones extras del espacio, pero no están lo suficientemente desarrolladas como para justificar experimentos.

Quizá una de las alternativas más probables es que el Higgs no es una sola partícula, sino una clase de partículas, que juntas realizan el trabajo de unificar las dos fuerzas. Semejante concepto sería atractivo desde el punto de vista teórico si no se encontrara una partícula, pero crearía un gran dolor de cabeza a que los experimentadores que tuvieran que comprobarlo. Los físicos teóricos creen que el bosón de Higgs solo dejaría un sutil rastro en los detectores mientras decae en bosones W y Z, fotones altamente energéticos y otras partículas. Si hubiera dos partículas similares a la de Higgs en vez de una, la señal sería aun mas débil, dice Murray. “Entonces hacer el análisis empieza a ser una tarea un poco confusa” dice.

La respuesta a la cuestión de Higgs restá contenida en los datos que están siendo ahora mismo procesados en el CERN y en otros centros académicos de computación alrededor del mundo. Las primeras 70 trillones de colisiones en los experimentos ATLAS y CMS resultaron en fascinantes desintegraciones levemente relacionables a las partículas Higgs, dando pistas sobre la existencia de una partícula de aproximadamente 140 GeV. Pero el segundo lote de colisiones no dio ningún resultado. Si las colisiones que se están analizando actualmente muestran más evidencias de desintegraciones tipo Higgs, entonces es posible que los equipos de ambos experimentos anuncien que han encontrado una señal provisional, que se confirmaría en 2012. Pero si no mostraran nada, la búsqueda probablemente continuaría hasta que el LHC fuera cerrado para instalar una actualización a finales del siguiente año.

Incluso si esa búsqueda continuada no muestra ninguna evidencia de la existencia de los bosones de Higgs o alguna otra cosa, el experimento continuará. Sin una fuerza electrodébil unificada, el modelo estándar no puede predecir como ciertas partículas o fuerzas interactúan dentro del colisionador, dice Matthew Strassler, un físico teórico de la universidad de Rutgers en Piscataway, Nueva Jersey: el LHC recogerá datos sobre esos mismos procesos, y esa información podría ser potencialmente usada para encontrar una sistema en el que el electromagnetismo y las fuerzas nucleares débiles se adapten entre sí. Ese proceso, añade Strassler, es posible que tome muchos años.

Ángel Santana

Fuente: Scientific American [SA]

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