Hace unos días se corrió la voz de que en el LHC (Large Hadron Collider) del CERN (Centro de Altas Energías de Ginebra) se habría detectado una partícula subatómica largamente buscada, el Bosón de Higgs.

Vista aérea del LHC en Ginebra, Suiza

Para entender la importancia que tendría la detección de dicha partícula, mostraremos primero como está el puzle de las diferentes partículas y las interacciones que tienen entre ellas. Este puzle es el llamado “Modelo Estándar”. Hasta ahora, este modelo funciona, y ningún descubrimiento realizado en los aceleradores de partículas se ha salido de dicho modelo, pero quedan piezas claves por descubrir que le darían el espaldarazo definitivo a este modelo.

En el modelo estándar hay una primera diferenciación de dos tipos de partículas, bosones y fermiones. La propiedad que les permite diferenciarlas es el espin, una propiedad inherente a todas las partículas subatómicas, que no tiene analogía con el mundo macroscópico, pero que en algunos casos se ha llegado a comparar con una rotación o giro sobre si misma. Ya que el espín puede ser positivo o negativo (asemejándose al giro a favor o en contra de las agujas del reloj). Además el espín puede ser un número entero o semientero y es esto último lo que diferenciaría a los bosones de los fermiones. Los bosones tendrían el espín entero y su comportamiento se describiría por la estadística de Bose-Einstein y los fermiones tendrían espín semientero y su estadística es la de Fermi-Dirac. Estas dos estadísticas son de comportamiento muy diferentes. Una diferencia crucial, que explican muchos fenómenos observables, es la ocupación de los niveles de Energía de cada partícula. En los fermiones, existe un hueco para cada nivel de energía, mientras que los bosones tienen infinitos huecos para el mismo nivel de energía. En el primer caso, esto provoca en determinadas circunstancias, la llamada presión de degeneración (causante por ejemplo del rebote de la implosión en un suceso de colapso de estrella supernova. Mientras que los bosones, y su llamada condensación de Bose, permite explicar el comportamiento de la superfluidez del Helio líquido, por ejemplo.

Partículas del Modelo Stardar

Los bosones son los encargados de transmitir las fuerzas naturales, mientras que los fermiones son las partículas que sufren dichas fuerzas, o como se dice en el lenguaje cuántico, los fermiones intercambian bosones, estando así atados en lo que denominados fuerzas. Hay cuatro fuerzas fundamentales, cada una de ellas utiliza un bosón distinto de intercambio. La electromagnética se transmite por fotones, la nuclear débil por bosones W y Z, la nuclear fuerte por gluones y finalmente la gravedad estaría transmitida por los gravitones. Los tres primeros bosones se han podido detectar, mientras que el último, el gravitón, sigue siéndonos esquivo, aunque hay proyectos científicos que intentan detectarlo, como el proyecto LIGO (detección de ondas gravitacionales de púlsares o de estrellas binarias masivas y próximas).

Los fermiones en el modelo estándar se agrupan en tres familias, ordenándose por cantidad de masa. Cada familia está compuesta por 2 quarks, un leptón y su neutrino asociado. La familia de energía más baja forma toda la materia que nos rodea, y lo forman los quarks arriba y abajo, el electrón y el neutrino electrónico. La segunda familia lo forman los quarks extraño y encanto, el muón y el neutrino muónico. Finalmente la tercera familia, de masa más elevada, lo forman los quarks cima y sima, el tau y el neutrino tauónico.

Hablando de la primera familia, que nos resulta más familiar, los quarks se agrupan gracias a la fuerza fuerte, en pares (mesones) o tríos (bariones). El trío formado por 2 arriba y 1 abajo formarían un protón, mientras que el trío formado por 1 arriba y 2 abajo, formaría el neutrón. Los mesones son partículas más extrañas y en esta primera familia serían por ejemplo los piones y los kaones.

Volvamos con el bosón de Higgs, ¿Cuál sería la misión de ese bosón?. Para ello debemos retroceder en la historia del universo y descubrir que las cuatro fuerzas de la naturaleza no han estado siempre separadas. Conforme retrocedemos en el tiempo las fuerzas se van unificando hasta que, se postula, en los primeros instantes sólo habría una fuerza. Es la teoría de la gran unificación (GUT) en inglés. Las primeras en unirse fueron la electromagnética y la nuclear débil, formando la fuerza electrodébil. Y es aquí donde llega el Bosón de Higgs. Esta partícula sería la responsable de la transmisión de esta fuerza. Agruparía los efectos del fotón y de los bosones W y Z, pero hay una diferencia esencial entre estos dos bosones, la masa. Mientras que el fotón no tiene masa, los bosones W y Z sí que la tienen y no poca. Por lo tanto, el campo de Higgs (y por lo tanto su partícula asociada) hasta su rotura, en la ruptura de la simetría electrodébil, sería el responsable de dar o no la “propiedad” de masa. O lo que es lo mismo transformarse en un fotón o en bosón W ó Z. Por esta propiedad tan especial del bosón de Higgs se le ha bautizado como la partícula de Dios, apodo para mi desafortunado, ya que por ejemplo, lo reservaría (si lo utilizase alguna vez) para la partícula que trasmitiera la Superfuerza (las 4 unidas). Otra cuestión es que se llegue a estudiar la superfuerza, que domina la era de Planck, universo con temperaturas superiores a cien quinquillones de grados (un uno seguido de 32 ceros) y densidades del orden de 10 elevado a 94 gr. por centímetro cúbico. Reto, que por ahora está muy lejos.

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