Corría el año 1993 cuando el ministro británico de ciencias, William Waldegrave, notó que se estaba gastando mucho dinero en la búsqueda del bosón de Higgs, una partícula postulada en la teoría física, y acerca de la cual los ciudadanos nada sabían.
Fue entonces cuando Waldegrave desafió: “Aún no he decidido si mi departamento financiará los experimentos propuestos para buscar el bosón de Higgs, pero prometo financiar una botella de champagne a quien logre explicarme qué es”. Enseguida, los científicos británicos acudieron a su excelente inventiva, y el físico David J. Miller se ganó su botella de champagne tras elaborar la siguiente metáfora que intenta explicar lo que es el bosón de Higgs, para “dummies”.
1. El mecanismo de Higgs
Imagine una fiesta de su partido con políticos distribuidos uniformemente en la sala, cada uno hablando con sus vecinos más cercanos. La ex Primer Ministro entra y cruza la sala. Todos los políticos cerca de ella se sienten atraídos y se aglutinan cerca suyo. Mientras se mueve, atrae a las personas a las que se va acercando, mientras que las que dejó atrás regresan a sus posiciones.
Debido al acumulamiento de personas que siempre se aglutinan alrededor de ella, la ex Primer Ministro adquiere una masa más grande que la normal, en términos físicos, gana más ímpetu por la misma velocidad de movimiento a lo largo de la habitación. Ímpetu es una propiedad de la materia (momentum) obtenida al multiplicar la masa por la velocidad, una cantidad de movimiento.
Una vez que se empieza a mover es más difícil que pare, y una vez que para es más difícil que se ponga en movimiento porque el proceso de aglutinamiento de políticos tiene que reiniciarse. En tres dimensiones, y con las complicaciones de la relatividad, este es el mecanismo de Higgs. Para otorgar masa a las partículas, se deduce un campo de fondo que se distorsiona localmente por donde pasa una partícula. Esa distorsión, el aglutinamiento del campo alrededor de la partícula, es lo que genera la masa de la partícula.
La idea proviene de la física de los sólidos. En lugar de un campo extendido por todo un espacio, un sólido contiene un entramado o estructura cristalina de átomos cargados positivamente. Cuando un electrón se mueve sobre ese entramado, atrae a los átomos, causando que la masa efectiva del electrón sea 40 veces más grande que la masa de un electrón libre.
El postulado del campo de Higgs en el vacío es una especie de entramado hipotético que llena nuestro Universo. Lo necesitamos en el modelo estándar de la materia, de lo contrario no podemos explicar porqué las partículas Z y W que desempeñan las interacciones débiles son tan pesadas mientras que las que desarrollan las fuerzas electromagnéticas no tienen siquiera masa alguna.
2. El bosón de Higgs
Ahora considere un rumor esparciéndose en nuestra sala llena de políticos. Aquellos cerca de la puerta lo escuchan primero y se amontonan para conocer los detalles, y después vuelven y se acercan a sus vecinos próximos que también quieren saber de qué se trata. Una oleada de aglutinamientos atraviesa la habitación. Puede expandirse a todas las esquinas, o puede formar un grupo que lleve las noticias a lo largo de una línea de políticos desde la puerta hasta algún dignatario del otro lado de la sala.
Como la información del rumor es llevada por un cúmulo de personas, y como era también un acumulamiento de gente lo que le daba masa extra a la ex Primer Ministro, entonces se deduce que el cúmulo que lleva el rumor también tiene una masa. Se cree que el bosón de Higgs es justamente ese aglutinamiento dentro del campo de Higgs. Sería mucho más fácil confirmar el mecanismo de Higgs, que da masa a todas las partículas, si descubriésemos directamente este bosón de Higgs, si pudiéramos verlo en el laboratorio.
De nuevo, hay analogías con la física del estado sólido. Una estructura cristalina puede soportar olas de acumulamientos sin la necesidad de un electrón que se mueva y atraiga a los átomos. Estas ondas pueden comportarse como si fueran partículas. Se llaman fonones, y también son bosones. Podría existir un mecanismo de Higgs, y un campo de Higgs a través de nuestro Universo, sin que exista el bosón de Higgs. La nueva generación de colisionadores, capaces de generar enormes cantidades de energía (la necesaria), podrían resolver el misterio.
Fuentes e imágenes: UCL HEP group: A quasi-political Explanation of the Higgs Boson; for Mr Waldegrave, UK Science Minister 1993.
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