El 8 de abril de 2024 falleció el físico teórico británico Peter Ware Higgs a la edad de 94 años. Hace casi 12 años, el 4 de julio de 2012, en un aula bastante siniestra ubicada en Ginebra, Suiza, Higgs se convirtió en una figura icónica de la ciencia moderna.
Ese fue el día en que se anunció que las colisiones de partículas en el Gran Colisionador de Hadrones (LHC), posiblemente el experimento científico más ambicioso y atrevido jamás realizado, habían revelado la existencia del bosón de Higgs.
El descubrimiento del bosón de Higgs, que lleva el nombre del propio Higgs, fue vital para el campo de la física de partículas. Fue el último ocupante del zoológico de partículas necesario para completar lo que se conoce como el «modelo estándar de física de partículas», la mejor descripción que tenemos del universo a escala más pequeña.
Para los Higgs, nacidos en Newcastle upon Tyne, Reino Unido, de madre escocesa y padre inglés, el 29 de mayo de 1929, el momento fue recibido con una ola de emoción. Esto no es sorprendente, dado que este anuncio representa la culminación de cinco décadas de su trabajo y valida una teoría que se niega a abandonar.
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Más allá de la culminación del modelo estándar, el descubrimiento del bosón de Higgs señaló la necesidad de que los físicos comenzaran a explorar la física más allá de los parámetros a los que estaban acostumbrados, sentando así las bases para la física en las próximas décadas.
“La contribución de Peter Higgs a la física moderna es absolutamente excepcional”, dijo a Space.com Luz Ángela García Peñaloza, cosmóloga de la Universidad ECCI de Colombia. «Su trabajo sobre la teoría cuántica de campos condujo a una teoría por la que más tarde recibiría el Premio Nobel de Física y explica el mecanismo que proporciona masa a las partículas fundamentales.
«Estaba muy adelantado a su tiempo».
50 años de investigación con partículas individuales
El siglo XX marcó el nacimiento de la física de partículas como disciplina por derecho propio y marcó el comienzo de enormes avances en este campo naciente. Sin embargo, a medida que ese siglo llegaba a su fin y el zoológico de partículas crecía en ocupación, los físicos comenzaron a preguntarse por qué algunas partículas tenían masa y otras, particularmente las partículas de luz llamadas “fotones”, no la tenían.
En 1964, los físicos que estudiaban la fuerza nuclear débil, una de las cuatro fuerzas fundamentales de la naturaleza que provoca la desintegración atómica de los elementos al transformar protones en neutrones, llegaron a una conclusión sorprendente.
Los portadores de esta fuerza, los bosones W y Z, no deberían tener masa; sin embargo, el hecho de que la fuerza débil pareciera fuerte en distancias cortas y débil en distancias largas significaba que no podían carecer de masa. Si lo fueran, correrían el riesgo de romper una importante regla de la física llamada simetría, que garantiza que las leyes de la naturaleza sean las mismas independientemente de cómo se vean. Según el CERNSe puede pensar en el problema de simetría como si la punta de un lápiz (un sistema simétrico) se inclina repentinamente para apuntar en una dirección preferida, destruyendo así su simetría.
En 1964, Peter Higgs, François Englert y Robert Brout propusieron una solución. Puede haber algo, dijeron, que «engaña» a la naturaleza para que rompa espontáneamente la simetría. Entonces, ¿qué podría ser ese algo?
Higgs y sus colegas pensaron que cuando nació el universo, podría haber estado lleno de lo que se llama «el campo de Higgs» en un estado simétrico, pero inestable, como ese lápiz en precario equilibrio.
En unas pocas fracciones de segundo, ese campo, el “campo de Higgs”, encontraría una configuración estable, pero al hacerlo rompería su simetría. Esto, a su vez, da lugar a algo llamado “mecanismo de Brout-Englert-Higgs”, que da masa a los bosones W y Z y resuelve la discrepancia.
Si bien esta habría sido una teoría viable en sí misma, más tarde se descubrió que el campo de Higgs otorgaría masa a muchos otro partículas fundamentales y que la fuerza de estas interacciones daría a diferentes partículas diferentes masas. Esto significaba que, de confirmarse, la teoría tendría importantes implicaciones para la ciencia.
El siguiente paso era conseguir esa confirmación mediante el descubrimiento de una partícula que actuaría como «mensajero» del campo de Higgs: el bosón de Higgs.
Esta investigación justificaría la construcción del LHC. Con 27 kilómetros de largo, es el acelerador de partículas más grande jamás construido y costó alrededor de 4.750 millones de dólares.
«El trabajo del Higgs es una de las principales razones por las que se construyó el LHC en primer lugar», dijo a Space.com la física experimental de alta energía del CERN Nima Zardoshti. «Sus predicciones proporcionaron algunos de los conocimientos teóricos cruciales sobre la escala de energía necesaria para que el LHC pueda encontrar potencialmente nueva física».
En 2012, ese gasto y diez años de esfuerzo de una colaboración internacional de 23 estados miembros del CERN dieron sus frutos.
Se creó una cascada de partículas como resultado de la desintegración de las partículas del bosón de Higgs, que fue capturada tanto por el detector ATLAS del LHC como por el detector Compact Muon Solenoid (CMS). Ésta fue la confirmación necesaria de la teoría del campo de Higgs.
Higgs e Englert compartiría el Premio Nobel de Física de 2013 por este descubrimiento.
«Con el profesor Peter Higgs, la física ha perdido a un gentil gigante del campo», dijo en un comunicado de prensa Suzie Sheehy, profesora asociada de física en la Universidad de Melbourne y profesora invitada en la Universidad de Oxford. «El trabajo de Higgs se celebra con razón como una hazaña increíble de investigación impulsada por la curiosidad: su propuesta en 1964 sobre la existencia potencial del campo de Higgs y la partícula relacionada, el bosón de Higgs, parecía una idea oscura en ese momento… simplemente uno de los muchos mecanismos teóricos propuestos para explicar las incógnitas en la física fundamental.
“Se necesitaron casi 50 años –y alrededor de 13.000 científicos e ingenieros adicionales– para construir los experimentos (ATLAS y CMS) que llevaron al descubrimiento del bosón de Higgs en 2012 en el Gran Colisionador de Hadrones”.
Sheehy añadió que menos conocido es cómo la investigación impulsada por la curiosidad ha tenido una enorme influencia práctica en nuestras vidas, produciendo beneficios inimaginables como la World Wide Web y mejores tecnologías de tratamiento del cáncer.
«La historia de Higgs representa una lección importante para todos nosotros sobre cómo funciona la ciencia: habría sido el primero en señalar que la ciencia no ocurre en el espacio de unos pocos años», dijo Sheehy. «Necesitamos garantizar el apoyo a largo plazo a la investigación impulsada por la curiosidad si queremos lograr el tipo de avances en nuestra comprensión del universo por los que se celebra a Peter Higgs».
«Aunque ya lo hemos descubierto, medir con precisión las propiedades del bosón de Higgs sigue siendo una de las formas más prometedoras de investigar la física más allá del modelo estándar», añadió Zardoshti. «El trabajo del Higgs ha dado y seguirá dando forma al campo durante muchos años y es quizás la mayor historia de éxito en física teórica del siglo XXI».
Como periodista científica, el legado de Higgs también ha afectado personalmente mi vida.
El 4 de julio de 2019, me invitaron a visitar el LHC durante su cierre y actualizaciones, ver de cerca su detector ALICE y explorar kilómetros de túneles bajo Francia y Suiza, donde se encuentra el colisionador.
Antes de eso, asistí junto con varios otros periodistas a una sesión de orientación en el CERN en Ginebra. Muchos de nosotros nos dimos cuenta de que ese día se cumplían exactamente siete años desde el anuncio del descubrimiento del bosón de Higgs, y estábamos sentados en la misma habitación donde Peter Higgs una vez lloró cuando escuchó la confirmación de que su teoría se había hecho realidad. Pude tomar rápidamente una muy mala fotografía de esa habitación. Me aseguré de tomar esta imagen desde la perspectiva de los mismos asientos donde se sentó Higgs, para ver qué habría visto en ese día memorable.
El momento me puso la piel de gallina. Él todavía lo hace.
Había escrito muchas veces sobre cómo el descubrimiento del bosón de Higgs era vital para nuestra comprensión de la física, y continuaría haciéndolo muchas más veces. Sin embargo, en esa sala del tribunal sentí una conexión con ese momento, y sé que muchos de los que se han sentado allí desde entonces también han sentido esa conexión.
Imagine un campo no cuantificable que se extiende a través del tiempo y el espacio para dar peso metafórico a un único momento vital que lo cambió todo: un campo que puede conectar a todos los que captan ese mismo momento.
Creo que a Peter Higgs le hubiera gustado la idea.
«Maven de internet exasperantemente humilde. Comunicadora. Fanático dedicado al tocino.»
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