Abosonados

The ash of stellar alchemy was now emerging into consciousness. At an ever-accelerating pace, it invented writing, cities, art and science, and sent spaceships to the planets and the stars. These are some of the things that hydrogen atoms do, given fifteen billion years of cosmic evolution.

Carl Sagan, Cosmos

Hoy toca hablar de bosones, claramente.

¿Eso no fue hace un par de semanas ya?

Ya, pero he estado de viaje.

Cualquier excusa es buena. Además, ¿tú de eso sabes?

No, pero me he visto un par de vídeos sobre el tema. Con eso me sobra.

Hombre, sobrar sobrar, lo que se dice sobrar…

Que sí, hombre, que sí. Venga, pregunta.

A ver, el señor Higgs ese, ¿quien es?

Peter Higgs es un físico teórico que propuso, allá por los años 60, un campo, conocido como el campo de Higgs, para explicar la gravedad, y por tanto la masa. Igual que hay un campo electromagnético, y algunas particulas interactúan con él (y por tanto tienen carga eléctrica, ya sea positiva o negativa) y otras no (y son lo que llamamos neutras), Higgs propuso que algunas partículas se mueven sin interactuar con el campo de Higgs, y por tanto tienen poca o casi ninguna masa, mientras que otras sí interactúan, y por tanto tienen masa. Es el llamado mecanismo de Higgs, y está bien explicado (con subtítulos) aquí:

Vale, eso es el campo de Higgs. ¿Y el bosón?

Pues resulta que en la teoría cuántica, los campos están formados por partículas, llamados bosones. Es decir, las oscilaciones de los campos son partículas: recordemos la dualidad onda corpúsculo, que dice que la luz es una onda y una partícula; pues el resto es lo mismo. El que nos suena es el fotón, pero hay tres más ya descubiertos. El de Higgs, caso de encontrarlo, sería el quinto.

¿Pero cuantas partículas de esas hay en total?

Pues según el modelo estándar de la física de partículas, tenemos doce fermiones elementales, seis quarks (que se combinan para formar hadrones, lo que incluye los protones y neutrones de toda la vida) y seis leptones (que incluyen al electrón y al neutrino). A eso hay que sumar los cuatro bosones ya mencionados, uno para el electromagnetismo, dos para el campo débil (que afecta a todos los fermiones) y uno para el campo fuerte (que afecta sólo a los quarks, que por eso forman el núcleo del átomo). La Wikipedia ofrece una tabla resumen llena de color:

Esto es lo que hay: los doce fermiones y cuatro bosones confirmados hasta la fecha.

¿Y cómo se busca una partícula nueva?

Para eso está el Large Hadron Collider (el Gran Colisionador de Hadrones, LHC para los amigos) del CERN. Los colisionadores son aceleradores de partículas que logran que dos partículas vayan muy muy rápido y luego se estrellen una contra la otra. De ese pepinazo salen otras partículas, que no tienen que ser las mismas que entraron. Así se logran crear (momentáneamente) partículas que no anda campando por el universo.

Suena sencillo. Tiene truco, ¿no?

Varios. Primero, el tipo de partícula depende de la energía de la colisión, es decir, de cómo rápido vayan las partículas. Al bosón de Higgs se le predecía una masa considerable, lo que hacía necesario que las partículas fueran prácticamente a la velocidad de la luz. Por eso hacía falta construir el LHC, que es un colisionador como no se ha visto antes otro igual. Como dice Neil deGrasse Tyson (astrofísico, divulgador, ídolo), cada vez que fabricas un aparato que llega dónde no ha llegado otro (distancia, niveles de energía, lo que sea), hay cosas nuevas que explorar.

¿Entonces, el señor Higgs lleva casi 50 años esperando a que se pudiera hacer el experimento, cuando ya estaba más o menos claro cómo hacerlo?

Mayormente. Pero el que se sepa cómo debe funcionar en teoría no quiere decir que podamos hacerlo en la práctica: estamos hablando de electroimanes forrando un tubo de 20 metros de diámetro y 50 de largo, con un sistema de refrigerado acojonante, un entorno perfectamente controlado que no añada ruido y unos detectores finísimos. Estamos hablando de cosas que tienen esta pinta:

El detector ATLAS: construir algo así lleva un rato.

Hombre, así mirado, da un poco más de respeto.

Sí, ya no parece un huevo que se eche a freír. De hecho el experimento lleva tiempo ya funcionando, pero hace falta repetirlo muchas veces, porque no es que se pueda hacer una foto de las partículas durante el impacto (que además dura un segundo dividido por un uno con 23 ceros detrás), y las partículas como el bosón de Higgs son inestables, así que sólo existen durante el impacto.

Todo son facilidades, por lo que veo.

Pues eso no es todo. Si estrellas dos gluones, te puede salir un bosón de Higgs, que se descompone en dos bottom quarks. El problema es que eso sólo pasa, así a ojo, una vez por millón. El resto de las veces siguen saliendo los dos bottom quarks, pero sin que haya habido bosón de Higgs por el camino. Y lo único que se puede medir es la masa inicial, la final y la energía del pepinazo.

¿Entonces?

Entonces pones tu LHC a funcionar entre 20 y 600 millones de veces por segundo, 24 horas al día, todos los días, hasta que tienes una cantidad inhumana de colisiones. Luego haces una curva con la información que sacas de todas las colisiones, que se compara con dos modelos: uno que tiene el bosón, y otro que no. El modelo que tiene en cuenta el bosón predice un pequeño bultito en la curva (una nimiedad, por eso hacen falta millones de colisiones, para estar seguros de que el bultito está ahí de verdad) en el nivel de energía que se corresponde con la energía que hace falta para crearlo, mientras que el otro predice que no hay bultito.

Así que al final todo se queda en ver si los datos experimentales tienen el bultito o no…

Efectivamente. El experimento lo han hecho de forma independiente dos grupos, cada uno con su detector, ATLAS y CMS, trabajando de forma independiente. Al principio vieron lo que parecían dos bultitos, pero un poco lejos uno del otro. Ahora que tienen más datos, parece que están seguros de que sí, que hay un bulto, con una partícula que pesa unos 125 GeV, y que tiene toda la cara de ser el bosón de Higgs.

Esta explicación la has copiado de alguna parte, ¿no?

Un poco. El majísimo Jorge Cham, de PhD Comics, tiene un tebeo al respecto, así como un vídeo/animación, que conviene ver en pantalla grande:

Vale, y entonces todo eso de que desvela los secretos del Big Bang y el origen del universo y bla bla bla, ¿de dónde viene?

Pues de dos sitios. Primero, las condiciones que se crean en el pepinazo corresponden a lo que pasaba en el universo poco después del Big Bang, más cerca cuanto más energía se use. En el caso del LHC estamos hablando de una mil millonésima parte de segundo después del Big Bang, que parece muy cerca, pero que es que las cosas iban muy rápido entonces.

Vale, eso se entiende. ¿Y el otro sitio?

El otro se entiende menos, especialmente  porque esto de que las masa y las interacciones sean partículas es una cosa que no te suelen contar en clase: cuando yo era joven, todo eso era(n) campo(s). Pero básicamente, las partículas que tenemos son un poco simétricas (partículas con carga opuesta, por ejemplo), pero no del todo. La simetría es una cosa preciosa, y a la gente le gusta suponer que existía al principio del Big Bang, pero que se rompió enseguida. La pregunta es quién tuvo la culpa.

¿Y el bosón de Higgs es un sospechoso?

Eso dicen. Por ejemplo, existe la teoría de la supersimetría, que dice que al principio todas las partículas y fuerzas eran simétricas, y entonces el bosón de Higgs llegó, empujó todo para el lado, y la lio parda: separó el electromagnetismo y las interacciones atómicas, dio masa a todas las partículas, hizo que la materia y la antimateria no sean simétricas, y básicamente explica que el universo tenga la pinta que tiene.  Y como todo esto son teorías sin mucho apoyo experimental, están todos deseando que se confirme que la partícula existe y ver si se puede avanzar un poco. De hecho el LHC ya se ha cargado algunas hipótesis, al demostrar que algunas partículas predichas no están donde deberían estar.

De esto me he enterado regular.

Ya, tampoco te creas que a mí me da para mucho más. Tengo amigos que se han doctorado en física y se han quedado también un poco igual, así que no vamos a pedirle al olmo que dé macedonia. El señor Brian Cox sí que sabe, y lo explica en un TED:

¿Y si me quiero ansiar y enterarme de algo más?

Sin leer, dices, ¿no?

Veo que nos entedemos.

Pues hay un documental de una hora, The Hunt For Higgs, bastante majo y completito, con gente del CERN hablando, así como otras estrellas de la física (como Michio Kaku, que se apunta a un bombardeo). Lo de la supersimetría está bastante bien explicado, por ejemplo.

¿De verdad que se entiende bien? ¿Merece la pena?

Hombre, es de la BBC.

Ah.

Envidia de tele pública, ¿no?

Un poco.

Pues eso.

4 Responses to “Abosonados”

  1. Lenteja Says:

    Maravilla de video el de la BBC. De los diez minutos últimos no me entero, cuando hablan de la supersimetría precisamente.

    Sobre los experimentos independientes, desde mi absoluta ignorancia sobre lo que han hecho, tal vez sería relevante que dijeran que los métodos son diferentes para llegar a resultados semejantes, no sé si incluyen eso dentro de independientes. Aunque me podrían decir “pues hazlo tú, listilla” jaja.

    Los políticos que permitieron montar todo este tinglado merecen un monumento, por cierto.

  2. FLJ Says:

    Para mí que ellos tampoco se enteran del todo, pero eso es una maldad mía.

    Los experimentos creo que se hacen con aparatos bastante distintos (el método es básicamente el mismo, pero es que no hay otro: colisionar y colisionar). Y aunque los aparatos fueran los mismo, es bueno tener dos funcionando a la vez, con gente distinta, no vaya a ser que haya un tornillo suelto, o un becario poco astuto, y se joda todo.

  3. Harry Haller Says:

    Genial. No me he enterado de nada (de hecho, creo que sé menos que antes), pero es un gusto leerte. ¡Sigue así!

  4. FLJ Says:

    No tengo yo claro que lo de lograr que la gente desaprenda sea motivo para leer a alguien, pero bueno, es un gusto ser leído.

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s


%d bloggers like this: