DR. WOLF LUIS MOCHAN
BACKAL
INSTITUTO DE CIENCIAS
FISICAS
UNIVERSIDAD NACIONAL
AUTONOMA DE MEXICO
Presente
|
Adjunto
al presente mensaje me permito hacerle llegar el artículo escrito por el
consejero, el Dr. Arturo Menchaca, titulado, “El Bosón de
Higgs”, publicado el día de ayer en la sección
Opinión del periódico La Crónica de Hoy. Aprovecho
la ocasión para mandarle un cordial saludo. Atentamente, Dr.
Rigoberto Aranda Reyes Secretario
Ejecutivo Adjunto Consejo
Consultivo de Ciencias de la Presidencia
de la República San
Francisco No. 1626-305 Col.
Del Valle Delegación
Benito Juárez 03100
México, D.F. Teléfonos (52
55) 5524-4558, 5524-9009 y 5534-2112 |
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Arturo
Menchaca* | Opinión 2012-07-18 El Bosón de Higgs Hace unos días, cuando las noticias en México estaban dominadas por los resultados de la elección presidencial, en el panorama internacional surgió una noticia científica que logró distraer -aunque sea por unos instantes- el animado debate postelectoral. Se trata de una partícula denominada Bosón de Higgs, o de Dios, cuya posible existencia habría sido anunciada por grupos científicos del Centro Europeo de Investigaciones Nucleares, mejor conocido como el CERN. ¿Cómo, algo tan pequeño como una nueva partícula, pudo colarse en un debate tan serio y fundamental para los mexicanos? En este texto trataré de explicar los méritos del logro científico, dejando que el lector decida su trascendencia, relativa a la de nuestros rituales sexenales. Para entender mejor el significado del hallazgo científico en cuestión, es necesario repasar brevemente la visión que hoy se tiene sobre la estructura de la materia. El llamado Modelo Estándar nos dice que la naturaleza está compuesta por unas cuantas partículas llamadas “elementales”, que interaccionan entre sí intercambiando emisarios (llamados “bosones de norma”) de las 4 interacciones fundamentales: la gravitacional, la electromagnética, la débil y la fuerte. La propiedad que distingue a los bosones (incluidos los de norma) es el “espín”, cuyo símil clásico es un movimiento de rotación sobre sí mismo, como el que produce el ciclo día-noche en la Tierra. Sin embargo, aquí se trata de una característica de origen cuántico, razón por la cual posee un valor particular (“cuantizado”). Así, el espín de los bosones es cero, o un múltiplo entero del espín del “fotón” (el cuanto de luz), mientras que el de las partículas elementales es “semi-entero” (la mitad del asociado el fotón), lo que las identifica como “fermiones”. El comportamiento estadístico de los bosones y de los fermiones es tan diferente que separa al mundo de lo elemental en dos. Hablemos ahora de fuerzas: la gravitacional es la principal responsable de la dinámica de los objetos macroscópicos, desde los cúmulos de galaxias más extendidos, hasta la caída de las manzanas. Teóricamente, el objeto de intercambio asociado a esta fuerza se llama “gravitón”, aunque no tiene masa. Todo esfuerzo por detectar a este bosón de norma ha sido infructuoso. La segunda fuerza, llamada electromagnética, genera la estructura de los átomos y las moléculas, que componen desde el grano de arena más insignificante, hasta la vida humana. La partícula elemental que juega el rol más importante a este nivel es el “electrón”, que es la partícula cargada (eléctricamente) más ligera. El mensajero de la fuerza electromagnética es el ya mencionado fotón, que tampoco tiene masa. A nivel nuclear la materia aparece como compuesta principalmente de dos partículas: el protón y el neutrón. Sin embargo, en una escala aún menor, estas partículas están compuestas de otras, denominadas “cuarks”. El único problema con estas últimas es que nadie ha podido, ni podrá, aislar una de ellas para estudiarla individualmente. Esto se explica argumentando que los cuarks poseen una propiedad especial, denominada “color”, que no les gusta mostrar. Con esto quiero decir que entre los cuarks actúa una fuerza (la fuerte) que garantiza que el color se mantenga como una propiedad interna de los “hadrones”, palabra cuya raíz germana significa “fuerte”. Por cierto, hay un conjunto de partículas elementales que incluye al electrón, que no es sensible a la fuerza fuerte, denominadas por ello “leptones”, al que volveremos más adelante. Una peculiaridad de los constituyentes más elementales de la materia es que cada partícula (electrón, cuark, etc.) tiene asociada otra partícula cuyas propiedades son idénticas, salvo una. Para aquellas que poseen carga eléctrica, la diferencia es el signo de la carga. El ejemplo más sencillo es el electrón, cuya partícula asociada se llama “positrón” porque el signo de su carga es positivo, es decir, opuesto al del electrón. Lo sorprendente es que cuando un electrón y un positrón interaccionan, en determinadas condiciones, se aniquilan entre sí generándose dos fotones que viajan en direcciones opuestas. En este proceso lo que se conserva no es la masa, sino la energía. Más interesante aún, la aniquilación resulta ser reversible: en determinadas condiciones, a partir de fotones con suficiente energía se pueden producir “pares” electrón-positrón, o cuark-anticuark, etcétera. Volviendo a los cuarks, la manera en que se combinan para formar “mesones” (hechos de un cuark y un anticuark) o “bariones” (hechos de 3 cuarks, como el protón y el neutrón), es tal que sus colores siempre se cancelan. ¿Cómo se logra esto? Al igual que los 3 colores fundamentales, al mezclarse producen el blanco (ausencia de color). En el caso de los mesones, resulta que el color de los anticuarks es “negativo”, es decir, se cancela con el de los cuarks. El bosón mediador de la fuerza fuerte se llama gluón, y tampoco tiene masa. La cuarta fuerza fundamental es denominada débil, pues su intensidad es comparativamente menor que la fuerte y que la electromagnética. Este modo de interactuar es, en cierta manera, el más “democrático” (para no olvidar nuestra realidad política actual) de todos pues permite conectar partículas con (o sin) color, con (o sin) carga y con (o “casi” sin) masa. Los bosones de norma que transmiten esta fuerza son las W+- y la Z0 (los superíndices se refieren al signo y/o magnitud de la carga eléctrica). Una peculiaridad de estos bosones es que tienen masa, lo que explica que la extensión espacial de la fuerza que generan sea muy pequeña, casi puntual. Por comparación, la fuerza electromagnética tiene un alcance infinito, luego su bosón de norma (el fotón) no tiene masa. Hemos ignorado hasta aquí a un conjunto muy importante de partículas elementales, los denominados “neutrinos”. Estos carecen de color y de carga eléctrica y cuya masa es tan pequeña (de ahí el “casi” del párrafo anterior) que a la fecha ha resultado imposible de medir con precisión. Por ser insensibles a la fuerza fuerte, pertenecen a la categoría de los leptones. Otras dos partículas de esta categoría, idénticas al electrón (en cuanto a sus propiedades electromagnéticas) pero más pesadas que éste, se denominan muón y tauón. El muón, es una partícula inestable cuya masa es intermedia (es decir, mayor que la del electrón, pero menor que la del tauón) y es el vestigio más fácil de identificar de la radiación cósmica en la superficie terrestre. El tauón es el leptón más masivo e inestable que se conoce. También se ha observado que la fuerza débil permite determinar, de manera muy clara, una relación muy íntima entre cada uno de los tres leptones cargados y un tipo específico de neutrino. Así es como sabemos que hay 3 tipos de neutrino (electrónico, muónico y tauónico). Como hemos visto, una diferencia notable entre los bosones de norma es que unos tienen masa y otros no. Hace 50 años, cuando el Modelo Estándar estaba en construcción, se encontró que la formulación utilizada implicaba que ningún bosón de norma tuviese masa, lo que contradecía a la fenomenología del decaimiento débil. Una solución para este problema fue propuesta (entre otros) por el británico Peter Higgs en 1964, quien planteó la existencia de un campo de fuerzas omnipresente que interacciona con todas las partículas (en particular con las W+- y la Z0 ) provocándoles una “inercia” (masa). Una manera coloquial de explicar este fenómeno es imaginar que las partículas se mueven como inmersas en una piscina. Si la piscina está llena de un líquido viscoso (el campo de Higgs), las partículas se moverán con mayor dificultad (más lento) que si la piscina estuviese vacía. Quien observe ambos movimientos dirá que las partículas de la piscina viscosa son más “masivas” que las otras. El Modelo Estándar fija todas las propiedades del Bosón de Higgs, menos su masa, aunque hipótesis plausibles la ubicaban entre los 120 y los 180 GeV/c2. Como referencia, la masa de un protón es cercana a 1 GeV/c2, y la de un electrón es dos mil veces menor que eso. El Higgs tiene espín (y carga eléctrica) cero, y tampoco tiene color. Es decir, sólo interacciona a través del campo débil (además del gravitacional), lo que hace más difícil su identificación. La partícula reportada el 4 de julio por los grupos del CERN, en que (por cierto) colaboran mexicanos tiene una masa de 125 GeV/c2, o sea, es 133 veces más pesada que el protón. Si el lector se pregunta: ¿qué tan importante es descubrir el origen de la masa? le invito a que por un momento se imagine un universo sin ella, es decir: sin gravedad, sin galaxias, ni estrellas, ni planetas, ni países, ni democracia (eso es más fácil), ni urnas, ni despensas, etcétera. Entender el origen de esta propiedad es tan importante para la ciencia que, aunque sea de broma, los propios científicos (característicamente agnósticos) han concedido a Dios ese designio. Cabe, sin embargo enfatizar que la noticia emitida por el CERN es cauta al mencionar que la partícula reportada el 4 de julio de 2012 es sólo “consistente” con el Higgs, y que queda mucho trabajo pendiente para descartar que se trate de otra partícula. Una vez que la “Higgsteria” se relaja, empiezan a aparecer voces que recuerdan la existencia de alternativas teóricas, partículas “impostoras” cuyas masas y modos de decaimiento emularían a los del Higgs único. Tampoco sería la primera vez en esta ciencia que una partícula sea confundida con otra, como fue el caso del muón en 1936, o que del CERN emanen anuncios espectaculares, como los neutrinos supralumínicos de la Navidad pasada, que luego no se confirmaron. Esta vez no hay duda de que hay algo nuevo e importante, pero en ciencia el tiempo es el mejor árbitro. Consejo Consultivo de Ciencias |
