El bosón de Higgs y los quark top, masivos protagonistas de un descubrimiento histórico en el CERN

jueves, diciembre 27, 2018

Los físicos del CERN dan un paso histórico sobre el entendimiento de la masa. Los miembros del Departamento de Física de la Universidad San Francisco de Quito (USFQ) participaron en esta investigación internacional. Este artículo se publicó en junio de 2018

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Tengo la suficiente edad como para recordar el mundo y la vida sin algunas de las maravillas tecnológicas actuales. Hace 30 años, siendo un niño, ni siquiera podría haber imaginado, por ejemplo, tener la posibilidad de poseer todo el conocimiento humano en la palma de mi mano. Me refiero, por supuesto, a los teléfonos inteligentes. En esa época, no tan lejana, esa tecnología seguramente sonaba a ciencia ficción.

Menciono esto a propósito del anuncio que, hace un par de semanas, físicos de las colaboraciones CMS (a la que la USFQ pertenece) y ATLAS, ambas experimentos de física de partículas del Gran Colisionador de Hadrones (LHC) del Laboratorio CERN en Ginebra-Suiza, hicieran sobre un estudio que podría ayudar a entender uno de los misterios más grandes del universo, la masa.

Tres capas de módulos de silicio son colocadas en el centro del Solenoide compacto de muones (CMS) que deben ser capaces de sobrevivir a altas dosis de radiación.
Imágenes de Maximilien Brice

Ciertamente esto suena bastante abstracto, quizás del mismo modo en el que las ideas de la mecánica cuántica sonaban a inicios del siglo pasado. Seguramente nadie en esa época podría haber predicho que tal teoría física sería la base de los actuales transistores, y que junto a otros grandes descubrimientos e invenciones, como por ejemplo la pantalla táctil y la web (desarrolladas en el CERN), eventual e inevitablemente convergerían en la construcción de los teléfonos móviles actuales.

En el 2012, el descubrimiento del bosón de Higgs en el CERN significó un gran triunfo para el Modelo Estándar, la teoría cuántica relativista que mejor describe el mundo subatómico. Este fue el primer hito de la ciencia hacia su objetivo de entender cómo funciona el mecanismo que, asociado a la presencia del campo de Higgs, dota de masa a las partículas fundamentales como los electrones y quarks que forman los átomos, o incluso a la misma partícula de Higgs.

El reciente descubrimiento de los físicos del CERN, en el que investigadores de la USFQ están involucrados, tiene que ver con la observación de colisiones de protones en el LHC que producen no solamente bosones de Higgs, sino también un quark top y su contraparte de antimateria, un quark anti-top, que son las partículas fundamentales conocidas más masivas. Estas observaciones son de extrema importancia a la hora de entender cómo las partículas fundamentales del universo conocido obtienen su masa, y si la existencia de nuevas partículas o campos es posible.

Uno podría pensar que un teléfono móvil es el resultado de un día de inspiración de una sola persona, o quizá la decisión de un Estado para invertir en la creación de dicho aparato. La verdad es, sin embargo, que es la conclusión de un largo proceso de aprendizaje e ingenio de la humanidad, de la libertad de varios de sus científicos para realizar investigación aplicada pero también ciencia básica, incluso aquella que suena a ciencia ficción y que “no sirve para nada”, como lo fue la mecánica cuántica en su momento.

El Solenoide compacto de muones (en inglés Compact Muon Solenoid, CMS) es uno de los dos detectores de partículas de propósito general del Gran Colisionador de Hadrones, que colisiona haces de protones en el CERN.
Imágenes de Michael Hoch

Las teorías que probamos en los experimentos de física de partículas en el CERN seguramente aparecen muy abstractas y quizá sin aplicaciones directas inmediatas. A pesar de esto, todos los que formamos parte de uno de los equipos científicos responsables de este descubrimiento sobre el acople del bosón de Higgs con quarks/antiquarks top estamos muy emocionados, pues nuestro motor más potente es la curiosidad por entender el universo. Muchos de nosotros, además, tal vez de manera muy ingenua, soñamos con que algún día estos conocimientos deriven, por ejemplo, en un súper aparato cuya función tenga que ver algo con modificar la masa de las cosas. Al momento, por supuesto, esto suena a locura, a ciencia ficción, así que por ahora nos es suficiente extasiarnos con entender un poquito más sobre lo que nos rodea.

El LHC seguirá colisionando protones hasta diciembre de este año, luego suspenderá las operaciones durante dos años para actualizaciones tanto para el acelerador como para sus experimentos. Más adelante, en el 2021, reiniciará sus actividades con el objetivo de que, hasta el 2030, las colaboraciones científicas registren 30 veces más datos de lo que recolectaron desde el 2011 hasta el 2018 y así poder explorar mejor los secretos del universo.