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Mr. Higgs y la gravedad

Por Lino Moinelo a las 19:00 el jueves, 4 de octubre de 2012 0 comentarios
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LHC (Cern)Tras el revuelo organizado por el importantísimo descubrimiento del LHC, se han estado dando explicaciones de lo más variopintas sobre la magnitud del mismo: que si el universo es «como un campo de césped», o incluso que el campo de Higgs es como una multitud de jovencitas, que será atravesado con mayor o menor esfuerzo en función de quien quiera alcanzar el otro extremo.

Creo que dar unas explicaciones «tan gráficas» en el fondo caricaturizan demasiado lo que se intenta explicar. Además, se ha creado cierto desconcierto debido a la ambigüedad a la hora de confirmar el hallazgo (los titulares de «podría ser», no ayudan mucho). Finalmente, parece que lo que se ha hallado no es exactamente lo que buscaban.

Afortunadamente, por lo visto es mejor así, ya que de esta forma quedan abiertas las puertas a futuras investigaciones sobre el resto de incógnitas que quedan por descubrir, como las relacionadas con la fuerza de la gravedad. Esta queda fuera de lo que se le llama «modelo estándar», para el cuál la «maldita partícula» (goddamn particle) era absolutamente necesaria para darle validez científica.

(NOTA: lo explicado a continuación es sobre fenómenos físicos REALES, salvo que se indique lo contrario)

 

Las partículas

Partículas formando moléculasLa Física que intenta explicar el funcionamiento básico de la Naturaleza, posee una rama llamada física de partículas, dedicada especialmente a esas pequeñísimas piezas básicas del omnipresente rompecabezas en el que habitamos. Incluso las interacciones a distancia se deben al intercambio de determinado tipo de partículas (denominadas bosones). Todas las partículas existentes (conocidas) según el llamado «modelo estándar», y el papel que representan en el «puzzle cosmológico» se pueden resumir en el siguiente esquema (fuente: Wikipedia):

  • Fermiones (forman el átomo)
    • Leptones (electrones — entre otros)
    • Quarks (el núcleo — forman a su vez protones y neutrones)
  • Bosones (particulas de intercambio o mediadoras en campos de fuerza)
    • Fotones (campo electromagnético: responsable de la unión de las moléculas)
    • Bosones W y Z (fuerza nuclear débil: responsable de la radiactividad)
    • Gluones (fuerza nuclear fuerte: responsable de la unión del núcleo del átomo)
    • ¿Gravitón? (fuerza de la gravedad: responsable de la atracción de las masas unas a otras. — no descubierto) 




¿Y el bosón de Higgs?, no sé si es porque aún es pronto para que se actualicen las enciclopedias, pero el bosón de Higgs como su nombre indica, se clasificaría junto al resto de bosones. Sería la partícula mediadora de un hipotético campo de Higgs, responsable de (ojo al dato) la masa en sí misma. Es decir, mientras la gravedad es la fuerza que atrae a unas masas con otras, el campo de Higgs es el que determina la cantidad de masa de las partículas elementales.

Pero para tener las partículas ordenadas en nuestro tablero universal, ha sido necesario un largo camino partiendo del maremagnun de masa, energía, y fuerzas que forman el Universo que conocemos. ¿Cómo ha sido este viaje?, ¿se ha llegado al final? Obviamente no, pero el trayecto dicen que está siendo de lo más interesante.

 

Campos de fuerza

La forma más directa de explicar lo que es un campo de fuerza sería considerarlos como la propiedad que adquiere una determinada porción del espacio-tiempo en la cual se produce una llamada por los físicos, «ruptura de la simetría». Esto que parece tan pedante no significa otra cosa más que dentro de ese campo de fuerza, no es lo mismo ir hacía un lado que hacía otro. Se entiende si observamos como en ausencia de un campo de fuerza gravitatorio, no existe un «arriba» o un «abajo». Sin embargo, dentro de la acción de la fuerza de gravedad, adquieren un evidente significado. La simetría se ha roto.

Una vez ocurre esto, se manifiesta la naturaleza del campo de fuerza que ha producido dicha ruptura. No todos producen los mismos efectos. Unos provocan un movimiento de partículas, otros su descomposición o «decaimiento» (radiactividad). El campo de Higgs a través de su «mecanismo», lo que produce es la aparición de la magnitud llamada masa en las partículas elementales.

Así es como funcionan muy básicamente los campos de fuerza en el universo. Cada campo se podría diferenciar del resto en los efectos que produce y en las partículas sobre las que actúa (como excepción tenemos a la gravedad, que actúa sobre absolutamente todas las partículas. Incluso las que no tienen masa. El campo de Higgs actúa en todas las partículas excepto obviamente, en aquellas que no tienen masa —como el fotón—) Una tabla resumen de los aspectos comunes a todo campo podría ser la siguiente:
  1. Una magnitud o propiedad fundamental: por ejemplo, en un campo eléctrico, será la carga eléctrica la magnitud que definirá el comportamiento de las partículas en dicho campo.
  2. Partícula de intercambio: la acción del campo se manifiesta gracias al intercambio de unas partículas denominadas generalmente «bosones»
  3. Mecánica cuántica: estas partículas son «cuantos» de energía. Esto quiere decir que es una partícula sensiblemente distinta de las demás, fundamentalmente por tener la facultad de comportarse también como onda, y por tener un comportamiento probabilístico a nivel subatómico.
El «modelo estándar» se basa a muy grandes rasgos en estas características. En el se observa que las partículas tienen una serie de propiedades como por ejemplo la carga eléctrica, que nadie se pregunta de donde viene, ya que como propiedad intrínseca y fundamental, se asume su existencia sin más. Pero, ¿se puede hacer lo mismo con la masa, y considerarla simplemente una propiedad más?.

 

La masa

Hay partículas que tienen carga eléctrica y otras que no. También hay partículas que tienen masa y otras que no. Sin embargo, en el caso de la masa no está del todo claro para los físicos. ¿Qué ocurre con los físicos? El problema lo tienen con la simetría (de nuevo). Tal vez con el siguiente esquema logremos aclarar todo esto. En el, se agrupan las partículas en función de si tienen masa o no:
  • Partículas elementales con masa:
    • Bosones W y Z
    • Fermiones denominados protones
    • Fermiones denominados neutrones
  • Partículas elementales sin masa
    • Bosón denominado fotón
    • Bosón denominado gluón
La pregunta es, ¿qué demonios hacen los bosones W y Z zascandileando con otros fermiones?. No, en serio, la pregunta clave es ¿por qué los bosones W y Z tienen masa, al contrario que el resto?

Higgs, Peter (1929)A los físicos les preocupa mucho la simetría. No por algún complejo de la infancia (supongo), sino porque cuando algo no es simétrico es que «algo pasa», y es necesario explicarlo para que todo cuadre. Es en este momento en donde hace aparición el famoso bosón de Higgs. Parece que la hasta hace poco hipotética partícula fue postulada por varios científicos antes de que finalmente se le diera el nombre de uno de ellos. Por una larga y aburrida serie de motivos finalmente fue Higgs el que se llevó el gato (no se si sería el «de Schrödinger») al agua.

La explicación que se le atribuye a Higgs consiste en dejar de considerar la masa como una propiedad fundamental, pasando a ser una variable resultante de interaccionar con un nuevo campo, el ya conocido campo de Higgs. Por tanto, la explicación de porqué tienen masa estos bosones es porque por su naturlaeza intrínseca, interaccionan con el campo de Higgs y adquieren masa a través del llamado mecanismo, también mencionado «de Higgs».

[actualizado el 1/11/2010] Al adquirir masa, quedan desde ese momento «sujetas» a las leyes de la mecánica inercial de Newton, siendo necesaria una fuerza para poderlas acelerar. Las partículas sin mása, como los fotones, se aceleran por si sólas hasta el máximo posible (la velocidad de la luz), sin que puedan hacer nada para impedirlo (según la ley de Newton — f = m · a —, al no tener mása basta la más mínima fluctuación energética para acelerarlas hasta el infinito, el cuál tiene el límite físico predicho por Einstein de la velocidad de la luz, que no es otra que la de los fotones)

Para que todas las partículas del Universo tengan masa, el campo de Higgs ha de poser un carácter más primario o fundamental que el resto de fuerzas. Según la teoría, este campo se encuentra por todo el universo, permeándolo, formando de alguna manera parte de su estructura básica. No existe un foco o «centro» a partir del cual se genere este campo de fuerza, que no sea otro que el mismísimo Big Bang.

 

El modelo estándar y la gravedad

El UniversoEl bosón de Higgs era por tanto la piececita que faltaba para completar ese puzle que en el vídeo adjunto representa al sistema conocido como Universo, definido por los físicos como «modelo estándar». Pero como ya se ha advertido, la pieza encaja, pero no es exactamente como debería ser. Esto es porque el puzzle no abarca todavía todo el «tablero» universal. Falta entre otras cosas, como ya habrá advertido algún lector, la gravedad.

Mientras que la existencia de masa queda explicada, la atracción que experimentan unas masas por otras todavía sigue siendo una incógnita. El grativón sería la partícula de intercambio asociada que se postula para esa fuerza y encajarla en el modelo estandar, pero aún así quedan algunos aspectos de la gravedad que resultan desconcertantes. Uno de ellos como se ha comentado, es que afecta a absolutamente todas las partículas, incluidas las que no tienen masa. Como se vió en el artículo anterior, Einstein explicó este fenómeno por una deformación del espacio tiempo, teoría para la que no existe una equivalencia que permita explicar su funcionamiento mediante la mecánica cuántica, al igual que se hace con el resto de fuerzas.

Todas estas incógnitas (y otras como la materia oscura) quedan por descubrir en un nuevo y fascinante universo que se abre ante nosostros gracias a este hallazgo. Mientras tanto, la ciencia-ficción nos permite aventurarnos «a dónde ningún Hombre ha llegado jamás».

 (continúa en Mr Higgs y la ciencia-ficción)

Vídeos (activar subtítulos)




Publicado por Lino Moinelo suscribirse a los artículos de Lino:
Informático y documentalista despistado. Se aficionó a la ciencia-ficción cuando de pequeño le regalaron unos libros infantiles asesorados por el mismísimo Asimov. Tiene un blog dedicado a este género donde vuelca su afición: Al final de la Eternidad. Pudo graduarse en la Escuela de Batalla pero llegó tarde al examen. No obstante, se alistó como voluntario en la Flota Internacional, donde participa desde entonces en misiones interplanetarias de paz.

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