La Organización Europea para la Investigación Nuclear (CERN) acaba de escribir un capítulo crucial en la historia de la Física, al descubrir una nueva partícula subatómica que confirma con más de un 99% de probabilidad la existencia del bosón de Higgs, conocido popularmente como la ‘partícula de Dios’, un hallazgo fundamental para explicar por qué existe la materia tal y como la conocemos.

Con los resultados presentados hoy, la existencia del bosón de Higgs -la partícula subatómica teorizada por el físico británico Peter Higgs en los años sesenta, y que supone el único ingrediente del Modelo Estándar de la Física que aún no se había demostrado experimentalmente- es prácticamente un hecho.

Si no fuera por el bosón de Higgs, las partículas fundamentales de las que se compone todo, desde un grano de arena hasta las personas, los planetas y las galaxias, viajarían por el Cosmos a la velocidad de la luz, y el Universo no se habría ‘coagulado’ para formar materia. Por ese motivo, el editor del físico Leon Lederman creyó oportuno cambiar el título de su libro llamado originalmente ‘The goddamn particle’ (‘La puñetera partícula’) por el de ‘The God particle’ (La ‘partícula Dios’, aunque popularmente se ha traducido como ‘la partícula de Dios’).

El físico británico Peter Higgs, en el centro de la imagen, hoy en Ginebra. | CERN

En 1964, Higgs describió con la sola ayuda de un lápiz y un papel las ecuaciones que predicen la existencia de una partícula nunca vista, pero necesaria para que funcione el Modelo Estándar sobre el que se basa la física actual. Es la partícula fundamental de lo que se conoce como el mecanismo de Higgs, una especie de campo invisible presente en todos y cada uno de los rincones del universo y que hace que las partículas inmersas en él tengan masa.

El bosón de Higgs es el componente fundamental de ese campo, de la misma manera que el fotón es el componente fundamental de la luz. Si la ‘partícula de Dios’ no existiera, tampoco existiría nada material en el Universo.

«Puedo confirmar que se ha descubierto una partícula que es consistente con la teoría del bosón de Higgs», explicó John Womersley, director ejecutivo del Consejo de Tecnología y Ciencia del Reino Unido, durante una presentación del hallazgo en Londres.

Joe Incandela, portavoz de uno de los dos equipos que trabajan en la búsqueda de la partícula de Higgs, aseguró que «se trata de un resultado todavía preliminar, pero creemos que es muy fuerte y muy sólido«.

Tras terminar su presentación, el estruendoso aplauso en el auditorio no cesaba a pesar de que Incandela trataba de pedir la palabra para agradecer a toda la organización la colaboración y el ambiente científico donde ha podido desarrollar su investigación.

Nervios y emoción

En el auditorio estaba presente el propio Peter Higgs, con cuyo apellido se bautizó al mítico bosón, quien no pudo contener las lágrimas al escuchar los resultados que han confirmado su teoría. «Sólo quiero dar las gracias a todas las personas que han estado relacionadas con este trabajo. Es lo mas increíble que me ha pasado en toda la vida«, aseguró el científico emocionado.

La presentación de estos resultados ha tenido lugar en la Conferencia Internacional de Física de Altas Energías (ICHEP 2012) que se celebra en Melbourne (Australia), donde se están exponiendo los resultados obtenidos por los experimentos ATLAS y CMS del Gran Colisionador de Hadrones (LHC) en 2012. El director del CERN, Rolf Heuer, ha comenzado la conferencia nervioso y ha afirmado que «hoy es un día muy especial en todos los sentidos».

ATLAS, uno de los dos experimentos del CERN que busca el bosón de Higgs, ha confirmado la observación de una nueva partícula a un nivel de 5 sigma (una forma de medir la probabilidad de que los resultados sean ciertos que ronda el 100%). Esta medición implica que la probabilidad de error es de tres en un millón, una cifra que, oficialmente, es suficiente para dar por confirmado un descubrimiento.

«Es dificil no estar emocionado con estos resultados», ha dicho Sergio Bertolucci, director de investigación del CERN. «Con toda la precaución necesaria, me parece que estamos en un punto rompedor».

«Es un hito histórico, pero estamos solo al principio«, ha declarado por su parte Heuer, el director del CERN.

Muy cerca del objetivo

Los datos del CERN no son todavía tan concluyentes como para poder afirmar con total certeza que han encontrado la ‘particula de Dios’, pero están realmente cerca de alcanzar ese objetivo. «Hemos encontrado un nuevo bosón con una masa de 125,3 gigaelectrónvoltios (una medida usada por los fisicos para cuantificar masas muy pequeñas), con un grado de consistencia de 4,9 sigma. Estamos de acuerdo con el modelo estándar en un 95%, pero necesitamos más datos«, explicó Icandela.

«Observamos en nuestros datos claros signos de una nueva partícula, con un nivel de confianza estadística de 5 sigma (superior al 99,99994%), en la región de masas de alrededor de 125 gigaelectrónvoltios. El excepcional funcionamiento del LHC y ATLAS, y los enormes esfuerzos de mucha gente, nos han llevado a esta emocionante etapa», asegura la portavoz del experimento ATLAS, Fabiola Gianotti, «pero se necesita un poco más de tiempo para preparar estos resultados para su publicación».

El portavoz del experimento CMS, Joe Incandela, explica: «Los resultados son preliminares, pero la señal de 5 sigma alrededor de 125 gigaelectrónvoltios que estamos viendo es dramática. Es realmente una nueva partícula. Sabemos que debe ser un bosón y es el bosón más pesado jamás encontrado». Para Incandela, «las implicaciones son muy significativas y es precisamente por esta razón por lo que es preciso ser extremadamente diligentes en todos los estudios y comprobaciones».

Gran expectación

El pasado mes de diciembre ya se habló de un posible anuncio del CERN. En aquella ocasión los expertos señalaron que se «había cerrado el cerco» en torno a la partícula, por lo que ya estaban más cerca de encontrarla.

Además, el director general del CERN, Rolf Heuer, señaló la semana pasada que ya podría haber datos «suficientes» para hallar el Bosón de Higgs. En un artículo en ‘The Bulletin’, Heuer indicó que «hallar el Bosón de Higgs es una posibilidad real y que, a menos de dos semanas para que se celebre la conferencia ICHEP, la noticias de los experimentos se esperado ansiosamente».

A pesar de estas palabras, Heuer ha pedido a la comunidad científica que tenga «un poco más de paciencia». En este sentido, recordó que aunque ATLAS o CMS muestren datos que supongan el descubrimiento de la partícula «siempre se necesita tiempo para saber si es el Bosón de Higgs buscado durante mucho tiempo -el último ingrediente que falta en el Modelo Estándar de física de partículas- o si se trata de una forma más exótica de esta partícula de que podría abrir la puerta a una nueva física«.

Nivel de certeza

Los físicos de partículas mantienen un consenso general acerca de lo que se puede considerar un ‘descubrimiento’: un nivel de certeza de 5 sigmas. La cantidad de sigmas mide la improbabilidad de obtener un resultado experimental fruto de la suerte en lugar de provenir de un efecto real.

Se suele poner como ejemplo el lanzamiento de una moneda al aire y ver cuántas veces sale cara. Por ejemplo, 3 sigmas representarían una desviación de la media equivalente a obtener ocho caras en ocho lanzamientos seguidos. Y 5 sigmas, 20 caras en 20 lanzamientos.

La toma de datos para la ICHEP 2012 concluyó el lunes 18 de junio después de un «exitoso primer periodo» de funcionamiento del LHC durante este año, según ha explicado del CERN. Precisamente, Heuer ha señalado que es el «impresionante trabajo» que ha tenido el LHC en 2012 lo que «ha elevado las expectativas de cara a un descubrimiento».

El equipo de expertos que trabaja para la organización en Ginebra ha diseñado la actividad del LHC para el primer periodo de 2012 de manera que obtuviera la máxima cantidad de datos posibles antes de que se celebrara el ICHEP. De hecho, se han obtenido más datos entre abril y junio de este año que en todo 2011. «La estrategia ha sido un éxito», ha indicado el director general del CERN.

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Según Higgs, existe un campo que permea todo el Universo, y las partículas se mueven a través de ese campo igual que los peces lo hacen a través del agua o un avión a través del aire. Cuanto mayor es la partícula, más resistencia encuentra al moverse.

La masa sería precisamente eso, la cantidad de resistencia encontrada por las partículas al moverse por el campo de Higgs.

Algunas partículas, como los fotones, no tienen masa y pueden viajar a la velocidad de la luz. Pero esa es una excepción.

Todas las demás (protones, electrones, neutrones…) viajan más despacio porque encuentran esa resistencia e interactúan con las “piezas” mínimas que componen el campo, esto es, los bosones de Higgs.

Cuando colisionan con ellos, las partículas pasan de ser “paquetes de energía” a “paquetes de materia“. Lo cual, dicho sea de paso, es el proceso que permite que existan los objetos sólidos como nosotros.

El bosón de Higgs, por su parte, obtiene su masa directamente del campo del que forma parte.