En busca de la escurridiza partícula de Higgs

El hallazgo del escurridizo bosón de Higgs es uno de los enigmas de la Física que podrían resolverse en los próximos años, gracias al éxito alcanzado hoy por el Gran Colisionador de Hadrones (LHC) del CERN, en la frontera franco-suiza. Las partículas circularon en el LHc a 3,5 TeV (un TeV equivale a un billón de electronvoltios), en dos haces que se desplazaron en sentidos contrarios a una velocidad cercana a la de la luz. Es la energía más alta jamás alcanzada en un acelerador de partículas, y se simulan las condiciones inmediatamente posteriores al Big Bang.
Para comprender la importancia y el alcance potencial de este extraordinario logro científico, puede ser útil recordar algunos eventos que están en su historia y cuyo hilo conductor está dado por el hecho de que a lo largo de toda la historia de la Física, siempre se han buscado teorías unificadoras.
La primera teoría unificadora fue la teoría de la gravitación de Newton (1643-1727); la afirmación de que entre dos cuerpos masivos cualesquiera siempre se establecen fuerzas de atracción, permitió explicar cuestiones aparentemente tan disímiles como la caída de los cuerpos sobre la superficie terrestre, las trayectorias de los cometas, el comportamiento de las mareas o la estructura del sistema solar.
La segunda teoría unificadora fue la teoría del electromagnetismo de Maxwell (1831-1879); en ella se reunieron, bajo una misma explicación, tres aspectos que hasta entonces se habían tratado por separado: la electricidad, el magnetismo y la óptica.
Einstein (1879-1955) buscó con ahínco la unificación de las fuerzas gravitacional y electromagnética. Su teoría general de la relatividad predice la existencia de ondas gravitacionales, pero estas aún no han sido confirmadas experimentalmente.
A partir del estudio de las fuerzas que mantienen unidos a los protones y neutrones (nucleones) en los núcleos atómicos, Yukawa (1907-1981) predijo la existencia de los mesones, partículas que intervienen en las interacciones nucleares (como los fotones en las interacciones electromagnéticas y probablemente los gravitones en las interacciones gravitacionales). Las fuerzas entre los nucleones son llamadas interacciones fuertes.
Las interacciones débiles completan las cuatro fuerzas fundamentales de la naturaleza. Una de sus manifestaciones es la inestabilidad del neutrón, que tiene una vida media de aproximadamente 1.000 segundos y decae en un protón y un electrón. Para que no se viole el principio de conservación de la energía, Pauli (1900-1958) propuso que en el decaimiento participara un nuevo tipo de partículas a las que llamó neutrinos.
Weinberg (nacido en 1933) propuso una nueva teoría unificada, que mostraba que la fuerza débil y la fuerza electromagnética son manifestaciones de una misma fuerza, llamada fuerza electrodébil. Los esfuerzos se orientaron hacia la unificación de la fuerza electrodébil con la interacción fuerte y, mejor aún, con la fuerza gravitacional.

El modelo estándar
El "modelo estándar" es una teoría que unifica tres de las cuatro fuerzas fundamentales (la gravitación queda afuera), es consistente con la mecánica cuántica y con la relatividad especial, y explica exitosamente muchos datos experimentales de las partículas fundamentales.
Según el modelo estándar, toda la materia conocida está constituida de partículas que tienen una propiedad intrínseca llamada espín cuyo valor es 1/2. Las partículas mediadoras de fuerza descriptas por el modelo estándar también tienen espín, pero su valor es 1. La partícula de Higgs es la única partícula elemental predicha por el modelo estándar que no se ha observado claramente hasta ahora, entre otras razones, porque para crearla hace falta una enorme cantidad de energía.
La partícula de Higgs interviene en la explicación del origen de la masa de otras partículas elementales y en la explicación de la diferencia entre la partícula mediadora (sin masa) de la interacción electromagnética, y las partículas mediadoras (con masa) de la interacción débil.
Si existe, la partícula de Higgs tiene un efecto importantísimo en el mundo que conocemos, porque las masas de las partículas elementales y las diferencias entre el electromagnetismo y la fuerza débil tienen enorme importancia en la estructura de la materia.