La partícula al final del universo, de Sean Carroll

            La mayor máquina jamás construida por el hombre es el LHC (Gran Colisionador de Hadrones), a caballo entre Francia y Suiza, cerca de Ginebra. Es una circunferencia de 27 km de longitud y cien metros de profundidad. Se puso en marcha el 10 de septiembre de 2008 después de que el Congreso de EE UU rechazase construir una máquina mayor, el SSC que habría tenido 87 km de longitud, por su desmesurado coste. El europeo LHC, cuando llegue al máximo de su potencia, alcanzará una energía de 14eV; el SSC habría alcanzado los 40eV. El objetivo de la máquina es desvelar los últimos misterios de la materia, qué partículas subatómicas nos quedan por descubrir, si es que queda alguna y verificar si el modelo estándar de la física es el correcto o hay que modificarlo. El LHC ya cuenta en su haber con el descubrimiento del bosón de Higgs, anunciado en julio de 2012. Los físicos nos dicen que hay partículas de la materia o fermiones que se pueden agrupar en 6 quarks y 6 leptones. A los primeros se les conoce como hadrones, de ahí el nombre de la máquina, que lo que hace es colisionar partículas con masa, básicamente protones contra protones. Y que después están las partículas portadoras de la fuerza de las cuatro grandes fuerzas de la naturaleza: electromagnética, nuclear fuerte, nuclear débil y gravitatoria: fotones, gluones, bosones y gravitones respectivamente. El Higgs en un bosón, que no es exactamente una partícula portadora, pero que es necesario para explicar la masa de las partículas de materia y que interactúa a través de la interacción débil.

            Uno de los descubrimientos más impactantes de la física moderna es que los constituyentes básicos del universo no son las partículas sino los campos. Por ejemplo, lo que hace que dos cuerpos se relaciones o se atraigan no es exactamente la fuerza de la gravedad, sino el campo gravitatorio o que lo que hace que la materia tenga forma es el campo de Higgs. Hasta las partículas con masa “son vibraciones discretas de campos fermiónicos”. Y que en los campos las partículas se comportan como ondas, ondas gravitatorias, ondas electromagnéticas, porque en los campos lo que se produce son vibraciones. El más intrigante y misterioso, el más difícil de atrapar es el campo de Higgs, probablemente el más importante, extendido por todo el universo, porque es el que da masa a las partículas, el que rompe la simetría, sin el cual no existiría la materia en el universo y la vida sobre la Tierra.  Otro de los descubrimientos sorprendentes del siglo XX son las simetrías. Cuando las simetrías son potentes dan lugar a las fuerzas de la naturaleza. Las leyes básicas de la física obedecen a una determinada simetría, funcionan igual con independencia de la posición o de la velocidad. Pero el campo de Higgs las rompe. El campo de Higgs como la brújula impone una determinada dirección.

            Con el descubrimiento del bosón de Higgs se completa muestra comprensión de la física que subyace a nuestra realidad cotidiana. El campo de Higgs es el que da masa a las partículas. Sin él no habría objetos en este mundo, la Tierra, la pantalla en la que ves esta reseña, los ojos que la leen. Las partículas se moverían a la velocidad de la luz. Hay más materia, más partículas por descubrir, más fuerzas, más energía que explicar pero su interacción con la materia ordinaria es tan débil o tan breve que no podemos dar con ellas sin construir costosísimas máquinas para lo que se requiere un enorme esfuerzo de cooperación internacional. El LHC ha costado 9.000 millones de dólares, el próximo Colisionador Lineal Internacional (ILC) que haría chocar electrones y positrones podría costar entre 7 y 25.000 millones y los financiadores se preguntan para qué, con qué objeto. El principal, por supuesto, es el conocimiento, pero también hay consecuencias prácticas, del CERN salió el WWW, Internet, los superconductores o la medicina de radiación. Se ha calculado que la inversión en ciencia básica tiene un retorno del 28%. ¿Qué cartera de inversión garantiza tal rentabilidad?

            La física no se ha parado con el descubrimiento del Higgs, más bien se ha cerrado una etapa y comienza otra, con muchos interrogantes por resolver: la materia oscura, la supersimetría, las dimensiones adicionales, la energía oscura, el multiverso.

            El parámetro de energía que usan los físicos es el electrón voltio (eV). En un horno normal, al calentarse a 250⁰ las moléculas se reordenan aunque los átomos permanecen inalterados. Alcanza una energía de 0,04 eV. A unos pocos eV los electrones se separan de los núcleos. Con MeV los núcleos se descomponen en protones y neutrones. 500 GeV es una energía de plasma: aparecen los bosones de Higgs, los quarks, los leptones, los bosones W y Z y es posible que otras partículas que se aniquilarían al chocar con sus antipartículas. En el universo primordial la energía sería parecida hasta que la temperatura fue disminuyendo y el espacio expandiéndose a increíble ritmo. En esas condiciones la densidad de la materia fue disminuyendo rápidamente y las partículas alejándose unas de otras. Entonces, es posible que las partículas creadas en el plasma originario no tuviesen ocasión de aniquilarse con sus antipartículas porque sería difícil que se encontrasen. La abundancia residual de partículas estables del plasma primigenio explicaría la materia oscura que tanto preocupa a los físicos. Un par de minutos más tarde del Big Bang la temperatura y la densidad habrían disminuido tanto como para permitir la combinación de protones y elementos ligeros en deuterio, helio y litio, la llamada nucleosíntesis primordial. Los físicos llaman WIMP (partícula con masa de interacción débil) a la materia oscura. El Higgs, de ahí su importancia, podría ser el eslabón de nuestro mundo con la mayor parte de la materia del universo, el portal entre el modelo estándar y la parte oscura de la materia. En 1998 se descubrió que el universo no solo se expande sino que lo hace cada vez más rápido. Se debería a la energía del vacío o lo que Einstein, en 1917, llamó constante cosmológica.

            Sean Carroll concluye preguntándose que habrían respondido los filósofos antiguos a la pregunta “¿Qué hace que el sol brille?”. Esto es lo que nos dice la ciencia moderna: “El sol está compuesto por partículas que pueden chocar entre sí y unirse, y que una de ellas se transforma en otra de un tipo distinto emitiendo una tercera partícula que carecería de masa de no ser por la existencia de un campo que ocupa todo el espacio y rompe la simetría responsable de la fuerza asociada, y que la fusión de las dos partículas originales libera energía, que es en última instancia lo que vemos como luz solar”. ¿Cuántos filósofos durante cuántos miles de años pensando al pasear por los bosques del planeta hubiesen sido necesarios para dar con esa respuesta?