OPINIÓN: Cómo entender el descubrimiento de la física más reciente

Nota del editor: Don Lincoln es físico investigador y autor del libro The Large Hadron Collider: The Extraordinary Story of the Higgs Boson and Other Stuff That Will Blow Your Mind. También produce una serie de videos de divulgación científica. Síguelo en Facebook . Las opiniones en esta columna pertenecen exclusivamente al autor.

(CNN) — El conocimiento científico avanza a intervalos irregulares y de vez en cuando se desvía por el camino equivocado. Sin embargo, hoy los físicos del mundo tienen un verdadero avance que celebrar. Han observado la interacción directa de la partícula subatómica fundamental más masiva con un campo energético que da masa a los bloques con los que se construye el universo.

Esto nunca se había hecho y ayuda a entender más un fenómeno que se descubrió hace unos años . Este campo energético es importante porque sin él, los átomos no existirían.

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El descubrimiento se anunció en la conferencia de Física del Gran Colisionador de Hadrones 2018 que se celebró en Bolonia, Italia. En dos experimentos independientes (ATLAS y CMS) se buscó este fenómeno y en ambos se hallaron pruebas de su existencia. Ambos experimentos pusieron sus resultados al alcance del público y la comunidad científica. El documento de ATLAS se presentó a consideración y el de CMS se publicó .

Nuestra comprensión de los orígenes de la masa de las partículas subatómicas fundamentales (es decir, que no contienen otra estructura) está incompleta. En 1964, el físico británico Peter Higgs y el físico belga François Englert desarrollaron, cada uno por su cuenta, ideas que llevaron a lo que ahora conocemos como campo de Higgs, un campo energético que permea al universo y que da su masa a las partículas subatómicas fundamentales.

La masa se relaciona con el peso y también con la razón por la que es difícil mover objetos pesados en el espacio exterior, en donde el peso no existe. Sin este campo, estas partículas no tendrían masa.

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Este campo es como el agua por la que las partículas se trasladan. A algunas partículas les cuesta moverse por el campo, como si fueran un luchador de sumo avanzando lentamente por la alberca. Estas partículas son las pesadas y su masa proviene de la interacción con el campo.

Otras partículas interactúan mucho menos, como si fueran una barracuda que puede atravesar el agua a toda velocidad. Estos peces hidrodinámicos son la analogía de las partículas con masa muy reducida.

Las ideas de Higgs y Englert carecieron de confirmación por casi 50 años hasta 2012, cuando los científicos demostraron que son correctas. Si el campo de Higgs era real, entonces se predecía la existencia de una partícula llamada bosón de Higgs. Esta partícula se descubrió con el Gran Colisionador de Hadrones (GCH), el colisionador de átomos más poderoso del mundo, situado en el laboratorio de la Organización Europea para la Investigación Nuclear (CERN, por sus siglas en francés). Gracias a su predicción exitosa, Higgs y Englert compartieron el premio Nobel de Física en 2013 .

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No obstante, el anuncio del lunes no tiene que ver con el bosón de Higgs en sí, sino sobre la interacción del bosón de Higgs con el habitante más pesado conocido en el mundo subatómico. La partícula subatómica fundamental más masiva que se conoce es el quark cima, que se descubrió en 1995 en Fermilab, a las afueras de Chicago (Estados Unidos). El quark cima es inestable y solo puede crearse y estudiarse dentro de un poderoso acelerador de partículas.

El descubrimiento de hoy fue posible gracias a que los científicos usaron el GCH para hacer chocar rayos de protones casi a la velocidad de la luz. En varias de estas colisiones, se crearon tanto bosones de Higgs como quarks cima.

Como el bosón de Higgs da masa a las partículas, interactúa más intensamente con los quarks cima. Además, debido a la fuerza de esta interacción, los resultados que se reportaron el lunes son el laboratorio ideal para estudiar la naturaleza detallada del origen de la masa.

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Aunque el descubrimiento del bosón de Higgs en 2012 y las mediciones subsiguientes indican que las ideas que Higgs y Englert publicaron en 1964 eran correctas en gran medida, sigue habiendo misterios sobre la forma en la que se genera la masa.

nullEl primero es que su teoría predice una masa para el bosón de Higgs profundamente discordante con el valor que hemos medido. Aunque los científicos no tienen una explicación para esa predicción vergonzosa, se espera que el estudio de la interacción de los bosones de Higgs y los quarks cima dé algunas pistas para responder esta pregunta.

Otro de los misterios es que la teoría de Higgs no se basa en una teoría subyacente más profunda. Simplemente es una curita en el edificio teórico. Esto se sabe desde hace mucho y es intelectualmente desconcertante. El estudio de la intensa interacción entre los bosones de Higgs y los ultrapesados quarks cima podría dar pistas sobre qué está pasando.

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Como los bosones de Higgs interactúan más intensamente con el quark cima , las mediciones como las que se anunciaron el lunes pueden resolver estos misterios. Además, es claro que la física de partículas es un campo científico exploratorio y centrado en descubrimientos. Las colisiones de alta energía como las que se reportaron hoy son las más aptas para que descubramos fenómenos inesperados. Después de todo, el GCH es un instrumento de exploración científica.

Aunque este resultado es científicamente fascinante, también es particularmente emocionante para mí. Al igual que muchos físicos investigadores de mi edad, colaboré en el descubrimiento del quark cima en 1995, en el del bosón de Higgs en 2012, y en el anuncio de hoy. Eso no es tan inusual. Los experimentos modernos de la física de partículas involucran a cientos de miles de investigadores.

Cuando se anunciaron, era difícil y apenas posible lograr las primeras dos mediciones, pero ahora es relativamente sencillo. La medición del lunes es difícil porque es rara y porque los datos son complejos, pero también se volverá algo común.

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El Gran Colisionador de Hadrones es la herramienta más grande y poderosa que se haya construido para estudiar las leyes de la naturaleza. Está funcionando asombrosamente bien y apenas está empezando. Para finales de año, los científicos habrán recabado apenas el 3% de la información que se espera obtener a lo largo de la vida útil del aparato. Para finales de 2018, el GCH dejará de funcionar por dos años para someterse a adaptaciones y mejoras y luego regresará con más fuerza para funcionar hasta 2030 y hacer quién sabe qué clase de descubrimientos. Espero con ansia las cosas nuevas que descubriremos.

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