El bosón de Higgs vuelve a ser noticia

Hay días en que llegan noticias de relevancia crucial para nuestro entendimiento de la naturaleza. A veces esas noticias son como fuegos artificiales, descubrimientos que iluminan la faz de la ciencia mundial. Otros, llegan de forma más callada, menos brillante, menos pomposa, pero sin los cuales los descubrimientos hechos en el pasado podrían pasar a ser falseados y desechados.

El pasado 3 de agosto del 2020, en plena pandemia, salió a la luz pública un indicio para nuestro entendimiento de la naturaleza más íntima de la materia: el Higgs parece interactuar con los muones. Pero vamos por partes. ¿El Higgs? Esta es una partícula que habita el mundo de lo extremadamente pequeño, codeándose con protones y electrones (aquellos que componen los átomos). Una partícula extremadamente pequeña, muchísimo más pequeña que un átomo, e importante, muy importante.

De hecho, el Higgs juega un rol fundamental para nuestro entendimiento de la naturaleza. En ella interactúan la gran mayoría de las partículas que llamamos fundamentales, que no están hechas de otras partículas. Por ejemplo, el electrón es una partícula fundamental. Y el Higgs no solo interactúa con las partículas fundamentales, sino que gracias a esa interacción estas partículas tienen masa.

Ahondemos un poco más en estas ideas. ¿Partículas fundamentales? En la descripción que hace la física de la materia encontramos que utilizamos una teoría en que todo estaría descrito en términos de partes o constituyentes fundamentales. La historia conoce muy bien esta iniciativa de entender el mundo según sus partes: la tabla periódica. Debajo de los elementos de la tabla periódica están las partículas fundamentales, como componentes elementales de toda la materia, el sueño hecho realidad del átomo de Demócrito. Nuestra lista actual de partículas fundamentales incluye al electrón, el propio Higgs, el muon y otras cuantas.

¿El Higgs interactúa con otras partículas? Sí, y esa interacción la podemos entender como la propiedad de “ver” otras partículas. Sería como cuando vamos por la calle caminando —buen recordatorio de tiempos prepandémicos—, y nos encontramos con un desconocido o con un amigo. Con el amigo desde que lo vemos, así sea de lejos, ya establecemos un contacto que nos lleva a saludarlo. Con el desconocido no. El Higgs interactúa con las partículas fundamentales, con algunas interactúa muy poco y con otras mucho.

Cuanto más interactúa el Higgs con una partícula más masiva es. También se vale decirlo al revés, cuanto más masa tenga una partícula fundamental es porque interactúa más con el Higgs. Un caso en concreto: el muon tiene mil veces más masa que el electrón. Lo cual quiere decir que el Higgs interactúa mil veces más fuertemente con el muon que con el electrón. Pero dentro de la familia de partículas fundamentales el muon es en realidad muy liviano, tiene poca masa. Por ejemplo, el quark top tiene mil veces más masa que el muon y por tanto interactúa mil veces más fuertemente con el Higgs que el muon.

Volviendo a la noticia, esta nos viene directamente del CERN, el laboratorio europeo que alberga el más grande colisionador de partículas del mundo: el Gran Colisionador de Hadrones (LHC por sus siglas en inglés). La noticia nos viene de dos experimentos: el CMS y el ATLAS, que estudian las colisiones que ocurren en el LHC.

Este inmenso colisionador toma protones, los acelera hasta velocidades muy cercanas a la de la luz y los hace colisionar. De estas colisiones se produce, algunas veces, el Higgs. Experimentos como el CMS han desarrollado métodos para identificar cuándo se produce un Higgs en dichas colisiones, y a partir del estudio de esas colisiones es capaz de estudiar las propiedades del Higgs.

Si bien fue descubierto en 2012 y catapultó el Premio Nobel del siguiente año, para poder decir con certeza que la partícula descubierta corresponde completamente a lo que hemos teorizado, debemos medir sus propiedades y corroborarlas que todas sus propiedades —y son muchas— son como la teoría lo prescribe. A partir del 2012 los experimentos del CERN han dedicado esfuerzos enormes en caracterizar el Higgs con el mayor detalle posible.

Y bueno, la teoría dice que el Higgs interactúa con el muon, y le pone un número, una cantidad, una magnitud a esa interacción. El pasado 3 de agosto se notificó a la opinión pública que los experimentos tienen suficiente evidencia experimental para indicar que el Higgs interactúa con el muon y que la magnitud de esa interacción corresponde a lo predicho en la teoría.

Es todo un acontecimiento, una proeza experimental. Hace muchos años se dudaba de que se pudiera siquiera llegar a descubrir el Higgs. Ni siquiera se soñaba con llegar a medir una interacción tan débil como la del Higgs con el muon.

Hoy tenemos el Higgs descubierto, expuesto a nuestro conocimiento de la naturaleza. Y de nuevo, el Higgs en las noticias, esta vez mostrando una de sus facetas más ocultas y cautivadoras.

*Profesor de la Universidad de Antioquia, investigador del experimento CMS del CERN y doctor en Física de Partículas de la Université Claude Bernard Lyon 1.