Jim Baggott es autor de Higgs: The Invention and Discovery of the ‘God Particle’ y escritor científico independiente. Fue profesor de química en la Universidad de Reading, pero lo dejó para seguir una carrera empresarial, en la que trabajó primero con Shell International Petroleum Company y luego como consultor y formador empresarial independiente. Entre sus numerosos libros figuran Atomic: The First War of Physics (Icon, 2009), Beyond Measure: Modern Physics, Philosophy and the Meaning of Quantum Theory (OUP, 2003), A Beginner’s Guide to Reality (Penguin, 2005) y A Quantum Story: A History in 40 Moments (OUP, 2010).

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El 4 de julio de 2012, los científicos del Gran Colisionador de Hadrones (LHC) del CERN, en Ginebra, anunciaron el descubrimiento de una nueva partícula elemental que creen que coincide con el tan buscado bosón de Higgs, también conocido como «partícula de Dios». Nuestra comprensión de la naturaleza fundamental de la materia -todo lo que hay en nuestro universo visible y todo lo que somos- está a punto de dar un salto de gigante.

Entonces, ¿qué es el bosón de Higgs y por qué se le llama la «partícula de Dios»? El escritor científico Jim Baggott, cuyo libro Higgs: the Invention and Discovery of the ‘God Particle’ (Higgs: la invención y el descubrimiento de la ‘partícula de Dios’), proporciona algunas de estas respuestas.

Sabemos que el universo físico está construido a partir de partículas elementales de materia (como los electrones y los quarks) y de las partículas que transmiten fuerzas entre ellas (como los fotones). Las partículas de materia tienen características físicas que clasificamos como fermiones. Las partículas de fuerza son bosones.

En la teoría cuántica de campos, estas partículas se representan en términos de «campos» de energía invisibles que se extienden por el espacio. Piensa en tus experiencias infantiles jugando con imanes. Al empujar los polos norte de dos barras magnéticas entre sí, sientes que la resistencia entre ellos aumenta. Es el resultado de la interacción de dos campos magnéticos invisibles, pero muy reales. La fuerza de resistencia que se experimenta al empujar los imanes entre sí es transportada por fotones invisibles (o «virtuales») que pasan entre ellos.

La materia y las partículas de fuerza se interpretan entonces como perturbaciones fundamentales de estos diferentes tipos de campos. Decimos que estas perturbaciones son los «cuantos» de los campos. El electrón es el cuanto del campo del electrón. El fotón es el cuanto del campo electromagnético, y así sucesivamente.

A mediados de la década de 1960, las teorías cuánticas de campo eran relativamente impopulares entre los teóricos. Estas teorías parecían sugerir que los portadores de fuerza debían ser todos partículas sin masa. Esto tenía poco sentido. Tal conclusión está bien para el fotón, que porta la fuerza del electromagnetismo y, efectivamente, no tiene masa. Pero se creía que los portadores de la fuerza nuclear débil, responsables de ciertos tipos de radiactividad, tenían que ser partículas grandes y masivas. ¿De dónde procedía entonces la masa de estas partículas?

En 1964, aparecieron cuatro trabajos de investigación que proponían una solución. ¿Qué pasaría si, según estos trabajos, el universo estuviera impregnado por un tipo diferente de campo de energía, uno que apunta (impone una dirección en el espacio) pero que no empuja ni tira? Ciertos tipos de partículas de fuerza podrían interactuar con este campo, ganando así masa. Los fotones atravesarían el campo sin verse afectados.

Uno de estos trabajos, del teórico inglés Peter Higgs, incluía una nota a pie de página en la que se sugería que un campo de este tipo también podría tener una perturbación fundamental; un quantum del campo. En 1967, Steven Weinberg (y posteriormente Abdus Salam) utilizó este mecanismo para idear una teoría que combinaba las fuerzas electromagnética y nuclear débil. Weinberg fue capaz de predecir las masas de los portadores de la fuerza nuclear débil: los bosones W y Z. Estas partículas se encontraron en el CERN unos 16 años después, con masas muy cercanas a las predicciones originales de Weinberg.

Hacia 1972, la mayoría de los físicos se referían al nuevo campo como el campo de Higgs, y su cuanto de campo se llamaba bosón de Higgs. El «mecanismo de Higgs» se convirtió en un ingrediente clave de lo que se conocería como el modelo estándar de la física de partículas.

El campo de Higgs se inventó para explicar cómo las partículas de fuerza, que de otro modo carecerían de masa, podían adquirirla, pero pronto se hizo evidente que algo muy similar es responsable también de las masas de las partículas de materia.

La forma en que el campo de Higgs interactúa con los campos de bosones, que de otro modo no tendrían masa, y la forma en que interactúa con los campos de fermiones sin masa no es la misma (esta última se denomina interacción de Yukawa, en honor al físico japonés Hideki Yukawa). Sin embargo, es evidente que el campo de Higgs desempeña un papel fundamental. Sin él, tanto la materia como las partículas de fuerza no tendrían masa. La masa no podría construirse y nada en nuestro universo visible podría serlo.

En su popular libro The God Particle: If the Universe is the Answer, What is the Question? (Si el universo es la respuesta, ¿cuál es la pregunta?), publicado por primera vez en 1993, el físico estadounidense Leon Lederman (escribiendo con Dick Teresi) explicaba por qué había elegido este título:

Este bosón es tan central para el estado de la física actual, tan crucial para nuestra comprensión final de la estructura de la materia, y sin embargo tan esquivo, que le he dado un apodo: la partícula de Dios. ¿Por qué la partícula de Dios? Por dos razones. Una, el editor no nos dejó llamarla la Maldita Partícula, aunque ese podría ser un título más apropiado, dada su naturaleza villana y el gasto que está causando. Y dos, hay una conexión, de algún modo, con otro libro, uno mucho más antiguo…

Lederman continuó citando un pasaje del Libro del Génesis.

Este es un apodo que sigue siendo ampliamente utilizado por escritores y periodistas de divulgación científica. Es un nombre que se ha mantenido. A la mayoría de los físicos parece no gustarles, ya que creen que exagera la importancia del bosón de Higgs (la clave es el campo de Higgs). En unas memorias personales tituladas My Life as a Boson, Peter Higgs explicaba cómo la tan buscada partícula llegó a recibir su nombre, definiendo su estatus como «la partícula más buscada de la física»

«Dios» o «más buscada», es una partícula que los físicos han estado ciertamente desesperados por encontrar. La cuestión es ahora: ¿se reconocerá el trabajo de Peter Higgs de otra manera, quizás con un premio Nobel?