un éxito del gran colisionador de hadrones

La vida después del bosón de Higgs: el CERN descubre dos nuevas partículas

"La naturaleza nos ha dado dos partículas por el precio de una". Quien pensó que con el bosón de Higgs ya teníamos la última pieza del puzzle estaba equivocado

Foto: Rolf-Dieter Heuer, director general del CERN
Rolf-Dieter Heuer, director general del CERN

Rara vez un concepto científico ha llegado con tanta fuerza al público como lo hizo el bosón de Higgs cuando fue por fin observado en el verano de 2012, y más si tenemos en cuenta que se trataba de un descubrimiento relacionado con la física de partículas, una rama de la ciencia difícil de explicar y entender para los no iniciados en la materia. Pero aquel hallazgo trascendió porque suponía una victoria para el Modelo Estándar de la Física de Partículas, el mejor intento hasta la fecha para explicar de qué pequeñas piezas está formado todo lo que nos rodea. Que el bosón existiese y fuese exactamente como se pensaba validó muchos años de desarrollos posteriores y afianzó lo que, hasta el momento, hemos podido averiguar.

Algunos no dudaron en afirmar que esta era la pieza que faltaba en el mapa de la física de partículas. ¿Qué le quedaría entonces al CERN, ese centro de investigación internacional, equipado con algunas de las instalaciones científicas más espectaculares del mundo, y en la que se han invertido millones de euros hasta la fecha? El que crea que su trabajo terminó entonces, se equivoca.

La naturaleza ha sido generosa y nos ha dado dos partículas por el precio de unaEste miércoles, el CERN anunciaba el descubrimiento de dos nuevas partículas nunca vistas hasta ahora. "La naturaleza ha sido generosa y nos ha dado dos partículas por el precio de una". Estas satisfechas palabras son de Matthew Charles, coautor del estudio en el que han recogido sus observaciones y que ha sido publicado en la revista Physiscal Review Letters. Bautizadas como Xi_b'- y Xi_b*-, estas partículas son lo que se llama hadrones, es decir, que están compuestos por tres quarks. La existencia de ambas partículas también estaba ya prevista en el modelo estándar que antes citábamos, aunque su importancia es ciertamente moderada si lo comparamos con el Higgs.

Un éxito tecnológico más que científico

Para entenderlo, hay que hacer un breve repaso de algunas lecciones de física de partículas. La teoría dice que los protones y neutrones están formados por quarks, que son, por lo que conocemos hasta ahora, las unidades mínimas de que está compuesta toda la materia. El caso es que hay seis tipos de quarks diferentes, y, de nuevo según la teoría, podrías combinarlos de tres en tres formando un gran número de partículas diferentes.

"Los protones y los neutrones son dos clases de hadrones, es decir, distintas combinaciones de tres quarks. De hecho, son las dos combinaciones más estables. Son fáciles de detectar y duran mucho tiempo. Muchas otras combinaciones son artificiales, en el sentido de que tienes que causarlas tú y tratar de verlas muy rápido, porque son muy inestables y en seguida se descomponen", explica Alberto Sicilia, físico y divulgador. 

Los dos hallazgos del CERN entran en este segundo grupo. Lo que los cientificos han conseguido hacer es estrellar protones y neutrones a altísimas velocidades y comprobar cómo sus quarks se desperdigaban y se volvían a agrupar en determinadas estructuras, formando estas efímeras partículas. En realidad, explica Sicilia, es más un exito tecnológico que puramente científico. "Lo realmente importante habría sido que no estuviesen ahí, donde debían estar. El mérito está en haber desarrollado los instrumentos para poder observarlas".

"Pronto volveremos a encontrar algo, aún no sabemos qué"

Esta pasada semana, Rolf-Dieter Heuer, director general del CERN, ha estado en Madrid, hablando del pasado y del futuro de esta institución. Él mismo es consciente de que el anuncio del hallazgo del bosón de Higgs va a ser un hito difícil de igualar. "Encontrar el bosón fue el final de un viaje de 50 años. Pero en dos o tres años volveremos a encontrar algo, aún no sabemos qué". El científico alemán ha explicado que el modelo estándar, completado con el bosón de Higgs solo sirve para explicar el universo visible, que supone un 5% de todo el cosmos. De forma que queda mucho trabajo por delante.

Hubo un momento en que creímos que el átomo era lo más pequeño, y no lo es. Luego lo creímos del protón y el neutrón, y tampoco. Quizá si pudiésemos afinar aún más nuestros instrumentos descubriríamos que los quarks también están formados por algo aún más pequeño¿En qué deben centrarse ahora los físicos de partículas? Como cada vez que se da un paso adelante en la ciencia, surgen cientos de nuevas preguntas. Sicilia señala dos especialmente interesantes, y complejas. Por un lado, aún no ha sido posible encontrar una explicación satisfactoria que explique de forma conjunta la teoría de la relatividad general de Einstein (que describe los efectos de la gravedad, las alteraciones en el espacio-tiempo y los agujeros negros) y el modelo estándar de la física de partículas. "Son dos modelos que funcionan perfectamente por separado, pero no encajan entre sí. Debe haber un error en alguna parte, y no sabemos donde". 

Por otro lado, se refiere a lo que se ha llamado Physiscs beyond the Standard Model (Física más allá del Modelo Estándar), que sería un conjunto de desarrollos que expliquen todas las grietas que existen en ese modelo estándar de partículas, como las peculiaridades de la materia oscura, la asimetría entre materia y antimateria o el origen de la masa (si el bosón de Higgs da masa a la materia, ¿qué da masa al bosón de Higgs?). 

También cabe preguntarse si no hay en la naturaleza nada más pequeño que el quark. "Hubo un momento en que creímos que el átomo era lo más pequeño, y no lo es. Luego lo creímos del protón y el neutrón, y tampoco. Quizá si pudiésemos afinar aún más nuestros instrumentos descubriríamos que los quarks también están formados por algo aún más pequeño". 

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