Cinco años y cinco preguntas sobre el bosón de Higgs

Tal día como hoy, hace cinco años, el LHC anunciaba con gran orgullo uno de los descubrimientos más importantes de la historia de las ciencia: la confirmación de la existencia del bosón de Higgs. Esta partícula no era desconocida para los teóricos de la física, que ya preveían su existencia para que el modelo estándar de física de partículas funcionara correctamente. Y, por suerte, lo encontraron. Porque el bosón de Higgs es la pieza fundamental en el que es el método más sencillo en el modelo estándar de física de partículas para explicar la razón de la existencia de la masa. ¿Qué ha ocurrido desde el anuncio de su descubrimiento? ¿Y qué esperamos encontrar de aquí en adelante? Para poder entenderlo mejor, Hipertextual se ha puesto en contacto con Mario Herrero Valea, investigador postdoctoral en el Laboratorio de Física de Partículas y Cosmología de la Escuela Politécnica Federal de Lausana, en Suiza. Esto es lo que nos ha contado.

"Si uno va más allá de las diminutas partículas atómicas nos encontramos con los ladrillos fundamentales del universo: los bosones y fermiones", nos explica el físico. Para que nos entendamos, los fermiones serían estos ladrillos ya que son los únicos capaces de formar estados ligados mientras que los bosones son las partículas mediadioras, o mensajeras. "La única diferencia fundamental entre fermiones y bosones es su espín". El espín es una propiedad física de las partículas elementales y tienen un valor fijo. Para los fermiones, este valor es semientero (1/2, 3/2...). Para los bosones, el espín tiene un valor entero. Estos valores son resultados de sus propiedades y son muy difíciles de entender en nuestro mundo macroscópico, el que se ve a simple vista. A partir de los bosones y fermiones se construye todo, desde las fuerzas fundamentales del universo hasta los átomos (y partículas) que existen.
La existencia del bosón de Higgs confirma lo que sospechábamos, que el modelo estándar de partículas funciona. "Si le preguntáramos a un investigador de 1985, te diría que el modelo estándar de la física de partículas está completo salvo por la gravedad", explica Mario. Por tanto, el modelo funciona. Y eso es importante para seguir descubriendo cómo funciona el universo. "El modelo de física de partículas es bastante conocido. Y con eso podemos saber cómo funcionan las leyes del universo que nos rodean. Sólo nos falta poder describir con ecuaciones ese paso al modelo estándar universal. Pero intuimos como podemos describir estas manifestaciones y funciona bastante bien", comenta.

¿Qué hemos descubierto tras el bosón de Higgs?
"En realidad, nada", explica Mario. "Al menos nada importante. Sí que hemos encontrado más estados ligados en experimentos menores, pero poco más". Con esto, Mario se refiere a una característica de un sistema físico en el marco de la mecánica cuántica. Una explicación sencilla a esto explica que un estado ligado de una partícula indica que está confinada en una región de potencial que tiene barreras. Es decir, la partícula se mueve en una región confinada, como una caja, cuyas paredes son dos barreras de potencial infinito de modo que la partícula no puede escapar de esa caja. Entonces decimos que es una partícula ligada o compuesta, ya que la caja se comporta como un todo. A diferencia de los estados ligados, las partículas no ligadas se mueven en una región donde el potencial sería como un escalón, donde la partícula puede desplazarse indefinidamente en el espacio después de saltar el escalón.

¿Qué esperamos descubrir?
Tras el descubrimiento del bosón de Higgs, ¿qué grandes descubrimientos nos quedan? "Yo apostaría por la supersimetría", comenta el experto. "La supersimetría sería la respuesta a algunos problemas importantes de los modelos físicos actuales y podría estar dentro del rango de energías con el que podemos experimentar en el LHC". Efectivamente, tal y como nos explica Mario, el problema principal de la física actual es que hemos llegado al límite de energía en el que esperamos encontrar "partículas" nuevas. "Ya hemos cerrado un capítulo de la física. Para llegar al siguiente con absoluta certeza tenemos que llegar a hacer experimentos con una energía de diez elevado a diecinueve electronvoltios. Una energía muy por encima de nuestras capacidades técnicas". El bosón de Higgs se detectó gracias a la increíble capacidad del LHC de colisionar con una energía de hasta trece teraelectronvoltios, algo impresionante. ¿Y entre medias de este cisma energético? "Puede haber muchas cosas, pero no lo sabemos. Pueden haber nuevas partículas, o violaciones de la simetría de Lorentz. Pero sólo estamos seguros de que podemos encontrar cosas nuevas a partir de operaciones con mucha más energía".

¿Cuál será el siguiente "bosón de Higgs"?
"En mi opinión, el nuevo gran descubrimiento sería la masa de los neutrinos. Conocemos su diferencia de masa, pero no su masa en sí". En el modelo estándar, del que ya hemos hablado, se consideraba inicialmente al neutrino como a una partícula sin masa. Sin embargo, diversas evidencias le confieren a esta partícula una masa ínfima, muchísimo menor, incluso, que la de los electrones. De hecho, en muchos sentidos se la puede considerar de masa nula. Esto implica que los neutrinos viajan a velocidades muy cercanas a la de la luz. Tiempo atrás, los neutrinos fueron fuente de una gran polémica por el supuesto descubrimiento hecho en el experimento OPERA, que terminó debiéndose a un error de medición. Aún así, a día de hoy, los neutrinos siguen estando en el punto de mira de los físicos. "Para poder explicar la masa de los neutrinos podemos recurrir a partículas nuevas, quizás supersimétricas", comenta Mario, "o algunos ajustes menores que tenemos que comprobar. Pero todavía nos queda un poco para ello".https://hipertextual.com/2017/07/cinco-anos-boson-higgs