Mi director de tesis de licenciatura, el Dr.
Fernando Prieto Calderón, que fuera un notable físico nuclear me platicó la
siguiente anécdota: Un día como miembro del jurado profesional de una tesis
sobre las partículas elementales, advirtió que antes de iniciar el examen el
sustentante estaba muy nervioso. Para tratar de que se calmara un poco decidió
iniciar el interrogatorio con una pregunta, no técnica, que le ayudara a entrar
en confianza. Le preguntó: ¿Usted por qué cree que existen las partículas
elementales?
El resultado fue el contrario, totalmente, del
que esperaba producir el Dr. Prieto. El estudiante quedó mudo un momento y
luego empezó a confundirse con sus respuestas, hasta que pasaron a hablar de
los resultados de su trabajo. Había escrito una tesis sobre las partículas
elementales y al parecer no se había cuestionado sobre la posibilidad de su
existencia. Eran, para él entelequias expresables en ecuaciones.
Quizás si la pregunta se la hubieran realizado
el día de hoy, el estudiante hubiera podido contestar: porque los científicos
del LHC ( Large Hadron Collider) acaban de detectar una partícula de Higgs. Más
aun; no solo él hubiera podido responder, hubiera podido hacerlo casi cualquier
persona y es que el Bosón de Higgs ha estado en las noticias estos últimos
días. ¿Por qué un tema de física de partículas elementales ha merecido la
atención de los medios?
La primera parte de la respuesta es muy fácil:
porque tiene un sobrenombre poético y evocador: La partícula de Dios.
El
ganador del premio Nobel, Leon
Lederman, escribió a principios de los años 90 del siglo pasado un libro The God Particle: If the Universe Is the Answer, What
Is the Question? que versa sobre la física de las
partículas elementales. En él Lederman va desde los atomistas griegos hasta el
estado del arte de ese momento: la búsqueda de una elusiva partícula, que
permitiría completar la teoría del origen de la materia y a la que
románticamente bautizó con el nombre de “La partícula de Dios”.
La mayor parte de los científicos están de
acuerdo en que el sobrenombre no es muy apropiado, pero a la gente le gusta
porque sugiere que finalmente podemos saber cómo inició el universo y esa es la
parte, que no es tan fácil, de explicar: ¿Cómo
empezó el Universo y qué tiene eso que ver con la partícula de Higgs?
Conocer
los orígenes del Universo ha sido un anhelo de toda la humanidad, desde que
tuvo conciencia de su presencia en este rinconcito, del vasto cosmos. La hazaña
más reciente, en esa dirección, fue la construcción del Gran Colisionador de
Hadrones (LHC), donde choques entre protones y otras partículas cargadas,
generan altas energías. Mientras más altas energías se producen más nos
acercamos a reconstruir, a la escala del laboratorio, las condiciones del
principio del Universo, pues desde su creación se ha venido enfriando y en
consecuencia la temperatura más alta fue en el principio[1].
Cuando
la temperatura aumenta ocurren fenómenos que se conocen como transiciones de
fase. El ejemplo más común es el del agua que y se convierte en vapor, pero
existen muchas otras. Es importante notar que las dos fases del agua, en este
ejemplo, no tienen las mismas características de simetría.
La
simetría es una idea matemática que puede expresarse mediante ideas abstractas
como la teoría de grupos, pero puede visualizarse fácilmente si pensamos en una
esfera y un sólido de geometría irregular. La esfera es más simétrica porque su
posición después de girarla es indistinguible de su posición antes del giro.
En
el caso del agua y el vapor, es más simétrico el gas que el líquido; de alguna
manera la simetría se rompe al elevarse la temperatura.
La
transición ferromagnética es otro ejemplo muy interesante; a temperaturas altas
los electrones de un material ferromagnético tienen una propiedad que se llama
spin distribuida al azar y gozan de simetría.
Al enfriarse esas propiedades dejan de estar distribuidas aleatoriamente,
perdiendo simetría y aparece el fenómeno electromagnético.
Este
ejemplo muestra de manera esquemática una propiedad muy importante de los
fenómenos físicos: que la ruptura de la simetría está asociada a la aparición
de una propiedad.
Las
ecuaciones de la física y sus soluciones tienen propiedades de simetría y esas
simetrías y sobre todo sus rupturas son importantes en la explicación de las
propiedades de la materia.
En
el mundo, tal como lo conocemos hoy; existen, desde el punto de vista de la
física, cuatro fuerzas: La gravitatoria, la electromagnética, la interacción
débil y la interacción fuerte, las dos últimas ocurren en el interior del
núcleo atómico. Pero eso no siempre fue
así. Esas fuerzas diferentes, se cree, son manifestaciones de pérdidas de
simetría, de una única fuerza original, que se han venido dando como
consecuencia del enfriamiento del Universo.
Si
eso es así, debe haber una teoría que permita entender las cuatro interacciones
como casos particulares de un caso general.
Quizás alguna vez el lector haya oído decir que Albert Einstein
trabajaba, al final de su vida, en la construcción de una teoría del campo
unificado. Ese tipo de teorías son las que buscan explicar las cuatro fuerzas,
como parte de un mismo fenómeno más general y como hemos dicho, el tema está
relacionado con las simetrías que tenía el Universo en sus orígenes.
Entender
las cuatro fuerzas en un enfoque unificado requiere de un modelo de la matería,
de la energía y de la forma como las partículas interaccionan entre ellas. En
un principio se estudiaron por separado las interacciones gravitatorias,
asociadas a la masa y las electromagnéticas asociadas a la carga, pero al
surgir las fuerzas nucleares (las interacciones débiles y las interacciones
fuertes), con todo un zoológico de partículas elementales asociadas, fue
necesario ir construyendo una teoría más general. Esa teoría se llama el Modelo
Estándar.
En
el modelo estándar las interacciones se modelan postulando la existencia de
familias de partículas elementales, asociadas a cada fuerza. Una de las
partículas cuya existencia se postula para explicar la masa de las partículas
elementales es, justamente, el bosón de Higgs.
Para
todas la partículas del modelo estándar los físicos han encontrado evidencia experimental,
excepto para la partícula de Higgs, nombrada así en honor de uno de los físicos
que propuso su existencia, el escocés Peter Higgs.
Por
eso ha causado revuelo pensar que pudo haberse encontrado esa partícula, cuya
existencia confirmaría que están completas todas las piezas del rompecabezas
del modelo estándar.
Hace
un par de días, científicos que llevan a cabo experimentos en el LHC han dado a
conocer que se encontraron evidencias de la existencia de partículas como la de
Higgs.
Prudentemente,
no aseguran que sea el Bosón de Higgs,
postulado en la teoría y advierten que será necesario llevar a cabo más
experimentos para confirmar si es o no la
partícula de Higgs. En todo caso,
afirman, se trata de una partícula
de Higgs.
Para
la física son muy buenas noticias: si se trata del bosón de Higgs, el modelo
estándar esta completó, si no se trata de el bosón de Higgs; sino de un bosón
de Higgs, se abre otro camino a la experimentación y a la formulación de nuevas
teorías.
Quiero
terminar ésta breve explicación del bosón de Higgs con una especie de resumen
para el lector apresurado:
- El bosón de Higgs ha causado revuelo por dos razones fundamentalmente; por su apodo tan sugerente y por ser la última partícula elemental del modelo estándar que la que no se había obtenido evidencia experimental.
- El modelo estándar es una explicación de la composición de la materia que explica cómo interactúan entre ellas las partículas del Universo mediante cuatro fuerzas fundamentales: gravitación, electromagnetismo interacción débil e interacción fuerte.
[1] Un texto de divulgación sobre el tema del LHC
puede verse en el artículo:http://desarmandolamafia.blogspot.mx/2012/07/el-universo-en-una-botella.html
tomado del libro Dime Abuelita porqué.
VAS (2010)
No hay comentarios:
Publicar un comentario