Diez años conociendo el bosón de Higgs, la partícula que nos explicó por qué tenemos masa

El 4 de julio de 2012, en Ginebra, el Consejo Europeo de Investigación Nuclear anunció algo que, décadas atrás, era impensable: habían encontrado una nueva partícula elemental, un bosón, clave para completar la arquitectura del universo tal y como la conocemos. Diez años después, la pregunta es inevitable: ¿de qué sirvió?

"Creo que lo tenemos. ¿Qué opinan?"

Con estas palabras, Rolf Dieter Heuer, el entonces director del Consejo Europeo de Investigación Nuclear (CERN), concluía la presentación que exponía uno de los hallazgos científicos más importantes del s. XXI: el bosón de Higgs.

Una partícula aparecía nueva frente a nuestros ojos, aunque en realidad es más vieja que cualquier vestigio de humanidad, ya que ha sido testigo, incluso protagonista, de toda la historia del universo desde su misma creación. El bosón de Higgs abrió titulares en más de 5.000 medios alrededor de todo el mundo, que compartía la emoción del descubrimiento a pesar de entender una milésima parte de la ciencia que conlleva.

Diez años más tarde, Heuer, que describe ese momento en un artículo de 'Nature' como uno de los más emocionantes de su carrera, cree que todavía hay camino para recorrer: "a pesar de la importancia del descubrimiento del bosón de Higgs, estoy listo para jugármela y decir que lo mejor todavía está por llegar".

¿Qué es el bosón de Higgs?

Empecemos por lo básico: se trata de una partícula elemental, es decir que es la unidad más pequeña e indivisible que conforma el universo tal y como lo conocemos. Las partículas elementales existen desde el primer instante del Big Bang y es su interacción la que ha ido creando los átomos, las moléculas, y consecuentemente la tierra, los ríos, la vida.

Hay dos tipos de partículas elementales, los fermiones y los bosones. Los fermiones constituyen la materia, como por ejemplo los electrones, una de las partes del átomo. Los bosones, en cambio, no conforman la materia sino las distintas fuerzas que existen en el universo, es decir, las interacciones entre la materia. Un ejemplo es el electromagnetismo y los fotones, las partículas elementales que manifiestan ese electromagnetismo, como la luz.

En esta categoría cae, como su nombre indica, el bosón de Higgs. Por lo tanto, no es una partícula que constituye materia sino que define las interacciones entre partículas. En este caso, el rol de este bosón es tan básico como otorgar materia al resto de partículas.

De hecho, era una de las ecuaciones que faltaba por resolver dentro del conocido como "modelo estándar" en la física, que ha sido descrito como un equivalente a la tabla periódica en la química. Las fórmulas y las descripciones de la arquitectura de los elementos del universo estaba incompleto sin entender por qué las partículas tenían masa.

Gracias al hallazgo de hace diez años, sabemos que el campo generado por el bosón de Higgs ocupa todo el espacio entre partículas como si fuera agua. La interacción entre ese campo y el resto de partículas es lo que termina definiendo la masa de esa partícula.

Hace años, el físico David Miller lo describía con una metáfora para conseguir que el gobierno británico invirtiera en investigar el bosón de Higgs: "Imagine una fiesta de trabajadores de un partido político que están distribuidos de manera uniforme en toda la sala, hablando con su vecino más cercano. La exprimera ministra (Margaret Thatcher) entra y cruza la habitación. Todos los trabajadores de su alrededor se sienten fuertemente atraídos hacia ella y se apiñan a su alrededor. A medida que se mueve, atrae a las personas que están cerca de ella, mientras las que quedan atrás regresan a su distribución uniforme. Debido al cúmulo de personas a su alrededor, adquiere una masa mayor de lo normal, por lo que tiene una capacidad de movimiento mayor con la misma velocidad. Una vez entra en movimiento, es difícil pararla, y una vez se detiene es más difícil empezar a moverla de nuevo porque el proceso de acumulación de personas debe volver a empezar".

¿Cómo se descubrió el bosón de Higgs?

Cuando Miller escribió esas palabras, el bosón y el campo de Higgs eran una teoría ideada por el físico Peter Higgs y otros compañeros en 1964. Reunir la financiación necesaria para hacer los experimentos que demostraran, cinco décadas después, que la partícula existía, fue una tarea titánica que se concretó finalmente con el superacelerador de partículas del CERN.

Es una obra faraónica: un túnel de 27 kilómetros de largo y 3 metros de diámetro excavado a 100 metros bajo tierra en la fontera franco-suiza. Está recubierto de aceleradores e imanes superconductores que trabajan a temperaturas de hasta 200 grados Celsius bajo cero. El tamaño de las instalaciones se equipara al tamaño de una ciudad pequeña o mediana, como Santa Marta en Colombia, Rosario en Argentina o Santiago de Cuba en la isla caribeña.

Dentro del túnel, se disparan casi a la velocidad de la luz dos rayos de partículas como protones o hadrones para que choquen: y en esa colisión suceden los milagros. Así se recrean condiciones parecidas a las del inicio del universo que permiten descubrir comportamientos nuevos de las partículas, como el bosón de Higgs.

¿Y ahora qué?

Sin embargo, son milagros difíciles de atrapar. Desde que el superacelerador funciona, en 2008, este es el único hallazgo de esta relevancia. Además, está apagado desde 2018, mientras sufre unas reformas que deberían hacerlo más potente y empezar a funcionar en el corto plazo.

Algunos cuestionarían la utilidad de dedicar tantos recursos a un fin incierto e incomprensible para la inmensa mayoría de la población. Encontrar el bosón de Higgs tiene algunas aplicaciones prácticas, por ejemplo con los materiales superconductores, y algunas aplicaciones menos prácticas, como empezar a comprender qué es la materia oscura que se cree que ocupa más del 90% del Universo pero que todavía no se sabe con certeza qué es.

Ahí vuelve a empezar el galimatías que a muchos nos hace fruncir el ceño: un bosón más o un bosón menos no tiene ningún impacto en nuestro día a día ni nos ayuda a transitar la vida de ninguna forma.

Sin embargo, comprender por qué las partículas tienen masa significa comprender por qué nosotros ocupamos un espacio; tenemos un peso; por qué sentimos el agua bajar por nuestra garganta o por qué la lluvia cae en nuestra cabeza y nos moja la piel.

Además, según Heuer, lo mejor está todavía por llegar.