¿Por qué el bosón de Higgs es responsable de que el universo sea tal y como lo conocemos?

Por Julio García G. / Periodista de Ciencia

En 1964 –y con la finalidad de explicar el origen de la masa de las partículas elementales– el físico de origen británico Peter Higgs propuso brillantemente y de manera teórica una partícula fundamental, hoy conocida como bosón de Higgs, la cual sirve para comprender por qué las partículas elementales poseen masa.

La existencia de este singular bosón –cuya vida media es de apenas zeptosegundos, la miltrillonésima parte de un segundo– fue comprobada experimentalmente el 4 de julio de 2012 gracias a los arduos trabajos realizados en los aceleradores de partículas de la Organización Europea para la Investigación Nuclear (CERN), situados cerca de Ginebra en Suiza.

Gracias a ello a Peter Higgs, junto al belga François Englert, les otorgaron el Premio Nobel de Física el 8 de octubre de 2013.

Ahora bien: en su libro Agujeros negros y ondas gravitacionales (Sexto Piso, 2019), el doctor en ciencias por la Universidad de Dortmund, Alemania, Gerardo Herrera Corral, menciona que “el Higgs es el responsable de que las demás [partículas] presenten una resistencia a moverse, es decir, que tengan masa”.

Porque dicha resistencia es lo que produce que, justamente, las partículas adquieran diversas cantidades de masa y, por tanto, de energía. Como si el bosón de Higgs fuese una especie de piedra en el zapato que impide el avance libre y arbitrario de todas las partículas. En otras palabras: dicha piedra es la encargada de, paradójicamente, poner orden y, al mismo tiempo, generar la complejidad y diversidad que vemos en el universo.

Por otro lado, un bosón representa uno de los dos tipos de partículas fundamentales existentes en el universo (el otro tipo de partícula es el fermión).

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Así, los bosones se encargan de transmitir la fuerza entre las partículas y destacan el fotón (encargado de transmitir la luz), los gluones (que unen a los quarks en el interior de los átomos para formar protones y neutrones), los bosones W y Z y al gravitón (una partícula de la cual no se tiene todavía evidencia científica, pero que, de existir, sería la responsable de transmitir la fuerza de gravedad).

Esta muy breve historia del bosón de Higgs la traigo a colación porque, recientemente, un equipo de físicos encargados de dirigir los experimentos en dos detectores de partículas del CERN –concretamente los detectores ATLAS Y CMS– buscan comprender la relación que se establece entre dicho bosón y la simetría y asimetría en el universo.

Pero ¿qué debemos entender por simetría y asimetría?

Según el diccionario de la Real Academia Española, la simetría es la “correspondencia exacta en la disposición regular de las partes o puntos de un cuerpo o figura con relación a un centro, un eje o un plano”.

Si esta definición la trasladamos al universo entero, en este último no habría cabida para la existencia de la diversidad. Y si no hay diversidad tampoco cabría mucho espacio para la complejidad. Sería un universo bastante aburrido.

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Por lo tanto, el universo parece ser a su vez simétrico (muy al principio del tiempo) y asimétrico (en su estado actual) porque en él pueden coincidir y converger galaxias, planetas, estrellas y seres humanos que se destacan por su complejidad y variedad; por un orden y un caos que evoluciona conjuntamente.

Por lo tanto, en un universo completamente simétrico quizá solamente existiría la nada y el vacío.  

Respecto a cómo es que los físicos teóricos se las ingenian para comprender el contenido de las partículas y fuerzas existentes en el universo, han desarrollado un modelo llamado Modelo Estándar de la física de partículas, el cual busca unificar a todas las fuerzas y partículas fundamentales a través de la simetría. Hasta el momento esto no se ha logrado debido a que deja fuera a la gravedad.

Pero resulta que, de acuerdo con los últimos descubrimientos en el CERN, el Modelo Estándar contiene fuentes de asimetría, lo que podría explicar por qué existe materia en el universo. Sin embargo, esta cantidad de asimetría es demasiado pequeña para explicar el desequilibrio entre materia y antimateria. Ello obliga a los físicos a buscar nuevas fuentes de asimetría.

Pero ¿dónde pueden encontrar los físicos estas fuentes de asimetría que hacen tanta falta?

Parece que la respuesta estaría en el bosón de Higgs. Ya que dos investigaciones independientes recientes –utilizando el Gran Colisionador de Hadrones del CERN– llegaron a la misma conclusión al encontrar asimetría en las interacciones del bosón de Higgs.

Para ello, los físicos, utilizando los detectores ATLAS y CMS, buscaron esta asimetría en la interacción entre el bosón de Higgs y el llamado leptón tau, que es una versión con mayor masa que el electrón.

Aunque los resultados no son concluyentes porque requieren aún de más experimentos, de confirmarse lo hallado hasta ahora por estos dos equipos independientes, seguramente tendrá un gran impacto en la comprensión de la historia del universo.

Y lo tendrá porque se podrá saber si el bosón de Higgs esconde o no una fuente de asimetría la cual sería de capital importancia para lograr unificar el Modelo Estándar.

Sobre la estructura del universo a gran escala, de ello se encarga de examinarla la Teoría General de la Relatividad de Albert Einstein, según la cual, y de acuerdo con las palabras de Stephen Hawking, “las propiedades geométricas del espacio no son independientes, sino que vienen condicionadas por la materia”.

Por lo tanto, y como también lo señala el autor del exitoso libro Breve historia del tiempo, “no es posible inferir nada sobre la estructura geométrica del mundo a menos que la reflexión se funde en el conocimiento del estado de la materia”.

De ahí la importancia de encontrar el tan esquivo gravitón, que sería la pieza faltante para unificar las cuatro fuerzas fundamentales de la naturaleza: la gravedad (que opera a grandes distancias y a escalas mayúsculas), junto con el electromagnetismo y la fuerza nuclear fuerte y débil, las cuales operan en el interior de los átomos, a pequeña escala.

Mientras tanto, y tras cuatro años de estar sin funcionar por cuestiones de mantenimiento, el Gran Colisionador de Hadrones del CERN se puso nuevamente en marcha el pasado mes de mayo.

Ello con la finalidad de realizar más colisiones de partículas que nunca y generar más haces de luz capaces de adentrarse en las profundidades y los vericuetos de las partículas subatómicas.

Quizá también para descubrir algún día no tan lejano que el bosón de Higgs es más imprescindible de lo que hasta ahora se cree para explicar la estructura del universo y el origen de nuestra propia presencia en la Tierra; y, por supuesto, de por qué estamos reflexionando en torno a estos temas.