"EL BOSÓN DE HIGGS: LA MATERIA DADORA DE MASA"

Por Juan Jesús Castillo

@ JuanCienciaRM

Para comenzar a pensar en algo tan intrincado como el bosón de Higgs, nos ayudaría comenzar por darle una respuesta a preguntas básicas. Como, por ejemplo: ¿qué es la materia?, ¿toda la materia es masiva? ¿De dónde viene la masa, y qué es? Por supuesto éstas son preguntas difíciles, pero las podemos contestar con una muy básica e intuitiva aproximación.

Comencemos por imaginarnos a la estrella más cercana a nosotros: el Sol. El Sol es una enorme colección de materia en constante, e intensa actividad.

La esfera visible del Sol, se le llama: “corona” o “disco” solar. El radio de este espacio es cientas de veces mayor al radio terrestre. Si el globo aerostático que describió Verne, dio una vuelta al planeta en 80 días, entonces este globo le daría una vuelta al disco solar en 8,000 de días, casi 22 años.

Así, la enorme masa y actividad solar es lo que vemos y sentimos durante un día soleado: sentimos energía irradiada desde el Sol (calorífica). Esta radiación (producida por las ondas electromagnéticas) permean el sistema solar tan rápidamente, que tan sólo tarda 8 minutos en viajar desde el Sol hasta la troposfera, es decir, la zona habitable de la atmósfera terrestre. He ahí la noción de masa-energía en física: “toda la materia libera un tipo especial de radiación”.

Con esto, podemos definir a la materia como una manifestación que, mediante cierto mecanismo microscópico, libera tanta energía como le es posible en forma de radiación. Ninguna radiación tiene masa. Ninguna forma material carece de masa. Por último, invito al lector a recordar la famosa ecuación E=mc2, de Albert Einstein.

Aún más difícil resulta describir todos estos resultados de manera completa y suficiente; obtener una teoría tan ilimitada como la imaginación. Pero existen ciertas limitaciones para crear dicha teoría. Citemos de nuevo al Sol en nuestra imaginación.

Ya dijimos que el Sol irradia fuertemente a causa del material que lo compone. Pero no hemos dicho ni por qué ni el qué es la materia-radiación. Pero ni siquiera el ser más inteligente que publique sus resultados, nos han podido decir esta información tan fundamental.

La experimentación más grande y robusta que hoy en día se hace para tratar de responder estas preguntas está ubicado cerca a Ginebra, Suiza, en un complejo subterráneo de 27 kilómetros de radio. Se trata del Gran Colisionador de Hadrones (LHC, por sus siglas en inglés), de la Organización Europea para la Investigación Nuclear (o CERN, dadas sus siglas en francés). La apuesta de los miles de científicos e ingenieros involucrados en el proyecto es que se puede obtener la información “oculta” de la materia mediante colisiones de altísima energía, que reproduzcan las condiciones de los primeros momentos en la expansión del universo.

Por el lado de las predicciones teóricas, un modelo formal y exhaustivo que caracteriza a las partículas fundamentales, llamado “El Modelo Estándar”, cumple con la exigencia de hacernos saber, últimamente, de qué está hecha la materia.

En este modelo, tenemos dos secciones principales para categorizar a cada partícula: la primera, llamada “fermiones” (llamados así en honor al físico italiano Enrico Fermi), que agrupa a las partículas que deberían de hallarse en cualquier fuente material del universo.

Por otro lado, la segunda sección, conocida como “bosones” (llamados así en honor al físico indio Satyendranath Bose), agrupa a las partículas que deberían transmitir cualquiera de las interacciones físicas fundamentales, las cuales son: la gravitacional, la electromagnética, la fuerza nuclear “fuerte” y la fuerza nuclear “débil”.

Así, las emisiones de luz son interacciones causadas por el fotón (bosón electromagnético). Las emisiones de fuerza electromagnética intensa en el átomo (que liga a los neutrones con los protones) en el átomo, son causados por el bosón “Z”; las emisiones de fuerza electromagnética débil (que liga a los electrones al núcleo atómico), son causadas por el bosón “W”.

Gracias a los experimentos del CERN se ha constatado la existencia de todos, menos de uno, de los elementos del Modelo Estándar. El más reciente de éstos, es la que ha sido denominada, de manera sensacionalista, la “partícula de Dios”, o “el bosón de Higgs”, que debe su nombre al físico estadounidense Peter W. Higgs.

Como hemos mencionado, la teoría física predice que cada interacción fundamental puede ser transmitida mediante una partícula elemental donde la interacción toma de por medio un campo. En física, el campo representa una descripción abstracta (la geometría del campo no es visible, se traza imaginariamente) del entorno energético que crea la materia de cualquier tipo.

Todos los campos de interacción fundamental tienen una descripción según la mecánica cuántica, excepto la gravitacional (de la que no se conoce una partícula que transmita la gravedad). Entonces, el bosón de Higgs tiene asociado un campo de Higgs. Este peculiar campo cuántico, expresa un potencial energético que se intensifica cuando el potencial de los campos de los otros bosones disminuye drásticamente.

Dada la Ley de Conservación de la materia-energía que estipula que toda la materia, y toda la energía asociada, jamás se crea ni se destruye, solo se transforma, esto provoca que las partículas W y Z adquieran masa, que está dada en múltiplos de la intensidad del campo de Higgs. A medida que los bosones W y Z se masifican, el átomo de cualquier elemento químico adquiere estabilidad y estructura, añadiendo cierto número de neutrones, protones y electrones.

En este sentido, el campo de Higgs es un atractor de bosones W y Z que al atraer, masifica a estas moléculas. Es como, por poner un ejemplo, Alejandro Fernández cruzara el Zócalo en hora pico; la cantidad de personas que se le acercarían, sería mucho menor a la cantidad de personas que se le acercarían a cualquier otro peatón ocasional en dicho escenario. Alejandro Fernández actuaría como el bosón de Higgs, y las personas emocionadas como los bosones W y Z. Mientras que cualquier otro peatón, sería cualquier otro tipo de bosón. La acumulación de gente alrededor del cantante, sería la masa adquirida de los bosones W y Z.

Debemos de notar que la evidencia experimental, señala que los electrones (y todos los fermiones) no poseen tamaño, ni estructura. Lo que finalmente tiene estructura son los átomos por sí solos. Y para que los átomos del universo adquirieran estructura cuando nació el Cosmos, el potencial del campo de Higgs debió de haber dominado intensamente el entorno, y poco a poco fue activándose, mientras perdía energía. Hasta que hoy en día permanece débil, habiendo un pequeñísimo número de bosones de Higgs libres en el entorno.

Por estas razones se le llama al Higgs, “la partícula de Dios”; pero resulta poco ortodoxo y compatible con la libre ideología. Sin dejarse llevar por este sensacionalismo, la investigación dentro y fuera del CERN espera obtener todas las respuestas a todas las posibles preguntas que nos hacemos en torno al origen de la materia.

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