El bosón de Higgs: ¿elemental o compuesto?
¿Es el bosón de Higgs una partícula elemental?
Alessandro Lupo (fellow de EuroPLEx, Universidad de Edimburgo)
Se podría pensar que el mejor modo para que un físico describa su trabajo es asomarse a uno de nuestros días de trabajo habituales, a través de laboratorios, ecuaciones y ordenadores, para ver lo que ocurre, cómo hacemos lo que hacemos, y quizás por qué. Pero quizás, la forma más rápida de acercarse a la vida de un investigador es más simple. Tan simple como un paseo por el parque en un día de verano, mientras se trata de explicar a una persona lo suficientemente curiosa qué se quiere encontrar en todos esos números. Y esto es posible porque las matemáticas que mucha gente teme, a pesar de ser un aliado tan valioso en la búsqueda de la verdad, no son necesarias para contar nuestra historia, que (estoy seguro) es accesible para todo el mundo.
[foto: wikipedia]
P: Bueno, entonces, ¿sobre qué trata tu investigación?
R: Trabajo en modelos en los que el bosón de Higgs, una partícula descubierta en 2012, no es fundamental, sino que está compuesta de otras partículas más pequeñas.
P: ¿Qué quiere decir “modelos”?
R: Un modelo es la manera en que pensamos que se podría comportar la Naturaleza. Es como una fotografía suya, pero en vez de colores tenemos ecuaciones. La Naturaleza puede ser diferente en “modelos” distintos, de la misma forma que un árbol puede parecer diferente en fotografías distintas. En uno, una cierta partícula puede ser fundamental, en otro puede estar compuesta de otras más pequeñas. Hasta ahora no hemos encontrado nada dentro del bosón de Higgs, pero hay pistas que sugieren vivamente que deberíamos mirar mejor.
P: Espera, decís a menudo que una partícula puede ser “fundamental”. ¿Qué significa eso?
R: Significa que no hay nada dentro. Muchas de las cosas que conocemos son compuestas, lo que significa que están constituidas por objetos más pequeños. Las moléculas están hechas de átomos. Dentro de un átomo encontramos electrones y nucleones. Los nucleones están hechos de quarks. Por esta razón, las moléculas, los átomos y los nucleones son objetos compuestos. El electrón, por otra parte, solo parece ser él mismo. Solo un punto, con nada dentro.
P: ¿Qué quieres decir con “un punto”? ¿Y cómo puedes estar seguro de que no hay nada dentro?
R: “Punto” significa que no tiene extensión espacial. No tiene radio, ni forma, solo un punto. Es una suerte de idealización, que además implica ciertas sutilezas cuando se habla de partículas cuánticas, pero es un concepto útil cuando tratamos de describir ciertas partículas. A medida que desarrollamos tecnologías más avanzadas somos capaces de mirar a distancias más y más pequeñas. Por ejemplo, cuando empezamos a mirar dentro del electrón no encontramos nada, ni detectamos que tuviera extensión espacial. Parecía un simple punto. Del mismo modo, las estrellas parecen puntos en el cielo, pero en realidad son gigantescas. Hoy en día podemos mirar el electrón más de cerca y sigue comportándose como si fuera fundamental. Por lo tanto, seguimos diciendo que es un punto. Quizás un día descubriremos que en realidad es compuesto, pero por ahora estamos satisfechos con la respuesta que hallamos. La ciencia no se ocupa (o al menos no siempre) de respuestas definitivas, sino de las que son consistentes con la información que nos dan los experimentos.
P: ¿Así que tratáis de entender si una partícula es compuesta o no?
R: Sí, y esa partícula es el bosón de Higgs. Hay muchos indicios de que probablemente está constituida por objetos más pequeños. No conocemos esas partículas hipotéticas o la fuerza que las uniría, de modo que, si fuera cierto, ahí hay un nuevo punto por descubrir. A día de hoy conocemos cuatro fuerzas fundamentales: la gravitacional, la electromagnética, la nuclear fuerte y la nuclear débil. Ninguna de ellas podría mantener nuestras partículas hipotéticas dentro del bosón de Higgs, así que tendría que haber algo nuevo, lo que es muy emocionante.
P: Pero, ¿cómo se puede hacer algo así, en la práctica?
R: Desde el punto de vista de un teórico, con matemáticas y muchas simulaciones en ordenadores. No sabemos cuál sería la naturaleza de las partículas contenidas en el interior del bosón de Higgs. No sabemos qué masa tendrían, cómo interactuarían entre ellas y con las partículas que ya conocemos. En este cuarto oscuro, las matemáticas son útiles como linterna, ya que nuestros cálculos pueden descartar muchas posibilidades. Por ejemplo, podemos plantear un tipo concreto de partícula constituyente, hacer los cálculos, y hallar que, con ese punto de partida, la materia que conocemos sería inestable; lo que evidentemente es falso. Por lo tanto podemos excluir esa hipótesis específica, y estudiar otra. Para resolver el rompecabezas que hay dentro del bosón de Higgs necesitamos hacer billones de cálculos, así que es imprescindible llevar a cabo simulaciones en superordenadores, de otro modo una vida humana no sería suficiente.
P: ¿Y qué implicaría si descubrierais que el bosón de Higgs es realmente compuesto? ¿Tendría consecuencias prácticas?
R: Sería un gran paso hacia la comprensión del Universo en que vivimos. Para extraer alguna aplicación… eso no es lo que ocurre en este punto de la cadena de montaje. Estamos al principio, donde descubrimos cosas nuevas, que luego avanzan por la cadena hasta que otros investigadores encuentran aplicaciones prácticas que nacen de aquellos descubrimientos. Es lo que ocurrió, por ejemplo, cuando fue descubierta la mecánica cuántica: nadie sabía entonces a qué desarrollos daría lugar en nuestra vida cotidiana, pero casi toda la tecnología de la que disponemos hoy depende de ella. Por ello, vale realmente la pena mantener nuestros ojos abiertos.
Este post fue publicado originalmente en blog QuarkBits por SciLogs-Blogs de ciencia de Investigación y Ciencia.