Intro

—Karaka, ¿tú no sabrás algo del bosón de Higgs?

+El bosón de Higgs… me suena, sí. ¡Claro! Es esa partícula que llevamos buscando décadas para entender por qué las cosas tienen masa… por qué “pesan”.

—Perfecto, me viene genial para explicar estos kilitos de más de después de Navidad. Y yo pensando que lo mío era grasa.

+No, no… lo tuyo ES grasa y otra fuerza de la naturaleza: la gravedad del sofá.

—¿Y eso también tiene “campo”?

+Hombre, claro. Igual que el “campo de Higgs” está por todas partes… el tuyo también: el campo de la nevera, que te atrae cada dos horas.

—Ah… entonces esto no me lo quita ni el CERN.

+Ni con un acelerador de ensaladas.

—Vale… pero entonces, si lo mío es “campo de nevera”, ¿cómo se mide eso?

+En muchelines: la unidad científica que indica cuántos botones del pantalón están pidiendo auxilio… Como el botón de empezar episodio que hace tiempo que no lo pulsamos y está cogiendo polvo.

—¡Yo me marco aquí unos burpies para bajar esto pero ya! ¡Uno! ¡DOS! ¡TREEEES! ¡CUAAAAAAATRO! Y ale… Hasta el año que viene

+Increíble lo tuyo… Dale 10 vueltas al estudio mientras pongo el episodio. ¡Venga, vamos! ¡Un dos, un dos, un dos!

—¡Pero suelta el látigo, animal!

+¡No cuestiones mis métodos que he estudiado!

Cabecera

Desde que el ser humano tiene memoria, siempre ha mirado al cielo. Estrellas, planetas,  constelaciones y demás movidas del inmenso, insondable, oscuro, aterrador, insultantemente largo a lo ancho y ancho a lo largo, caótico por naturaleza y nada acogedor espacio. Pero… ¿conoces el origen de sus historias? Empieza Astro.

 Biografía

En el episodio de hoy hablamos de uno de los padres de la física más reciente. Ganador del premio nobel de física en 2013 por predecir la existencia del Bosón de Higgs, una de las claves fundamentales que explican el modelo estándar de partículas actual. No te preocupes, que tenemos tiempo para contarte qué significan todas esas frases que acabamos de decir. Pero antes de eso, hablemos un poco de Peter Higgs.

En Reino Unido, el 29 de mayo de 1929, nace nuestro protagonista, que desde pequeñito ya venía con asma bajo el brazo. Súmale una Segunda Guerra Mundial, unas cuantas mudanzas por trabajo… y te sale una educación en casa de manual. Aun así, durante una etapa en Bristol, Higgs conoció el trabajo de Dirac y, bueno… flechazo inmediato: cayó rendido ante los descubrimientos que estaban revolucionando la física cuántica del momento.

Como explicamos en un episodio anterior, Paul Dirac… Espera, ¿cómo que en un episodio anterior?. Si no hemos hablado de Paul Dirac todavía… Me acordaría porque es considerado el padre de la mecánica cuántica moderna… El de guión ya no sabe ni qué ha escrito. Pero no pasa nada, ya os hago yo un resumen rápido. Paul Dirac fue el que inventó la notación que utilizan los físicos modernos para describir el estado de las partículas cuánticas. Descubrió el positrón y unificó todos los modelos cuánticos del momento dentro de su propia notación. Vamos, que sin él ahora mismo tendríamos un caos de ecuaciones, símbolos raros y físicos discutiendo en servilletas sin ponerse de acuerdo.

El caso es que a Higgs le encantó la física cuántica. Así que se fue directo al King’s College de Londres a sacarse la carrera, el máster y, ya que estaba, el doctorado en Física. En 1955, con 26 años, el ya doctor Peter Higgs comenzó a trabajar en lo que sería su gran revolución para el mundo de la física. Más adelante explicaremos qué es el bosón de Higgs, pero quédate con esta idea clave: su trabajo ayuda a explicar cómo partículas como los electrones (y en general la materia) adquieren masa tras el nacimiento del universo.

Después de que sus trabajos fueran rechazados por los editores de la revista de física Physics Letters asociada al CERN (ya sabéis, la organización europea de investigación nuclear), Higgs acabó consiguiendo que publicasen sus resultados en una prestigiosa revista americana  en 1964. Varios científicos encontraron evidencias que también apoyaban sus teorías. Y así fue cuajando poco a poco el nombre de bosón de Higgs.

Para 1980, confirmar las teorías de Higgs ya se veía como una de las tareas pendientes más importantes para la física cuántica. Su trabajo pasaría a la historia como una de las contribuciones clave,  y fue acumulando numerosos reconocimientos antes de 2012. Y lo mejor es que Peter Higgs vivió lo suficiente para verlo con sus propios ojos: no solo la confirmación de su idea, sino también el aplauso general. Primero llegó la evidencia experimental en 2012, y al año siguiente, en 2013, el Premio Nobel de Física.

El 4 de julio de 2012, el CERN, el mismo centro que originalmente rechazó su trabajo por no ser relevante para la física, confirmaría la existencia del Bosón de Higgs. La partícula de Dios, como popularmente se la conoce. Como curiosidad, a Higgs nunca le gustó este nombre. Aunque él se consideraba ateo, decía que llamar a una partícula “divina” podría ir en contra de las sensibilidades religiosas. El nombre en realidad tiene un origen más peculiar: la llamada “God particle” debía su nombre a la “goddamn particle”. O para los que mi inglés no os termine de convencer, no era la partícula de dios. Era la maldita partícula que nadie tenía narices a encontrar en los años 80.

 Descubrimiento del bosón de Higgs

Bueno, pues la vida de Higgs quizás no sea la más interesante de la historia. Pero lo realmente interesante es otra cosa: ¿en qué consiste su descubrimiento? ¿Cómo explica que la materia adquiera masa? Vamos por partes que aquí hay mucha tela que cortar.

Para empezar, hablemos del Modelo Estándar de partículas. Piensa en él como el árbol genealógico de la materia cuántica, la forma que tenemos de ordenar y clasificar de qué está hecho el cosmos… En este árbol familiar tenemos dos ramas bastante diferenciadas. Vayamos una a una.

Por un lado, tenemos la familia de los fermiones, los encargados de crear la materia. Aquí tenemos a los hermanos quarks, que van siempre juntos de tres en tres, como los tres cerditos… O como los tres quarkitos, como los ha bautizado el de guión. Cuando se juntan los tres quarkitos, crean los protones y los neutrones.

Luego están los leptones, que son más de ir sólos y a lo loco. Son esos primos que tienen un coche deportivo, y sólo los ves cuando se les ha roto el coche o hay dinero que repartir. Los primos leptones son los electrones y los neutrinos, y no son de parar mucho.

Por otro lado, tenemos la familia bosón. Si la familia fermión crea la materia, la familia bosón se encarga de que el universo funcione, llevando las fuerzas fundamentales del universo. El fotón es el cabeza de la familia, el jefe, el capo… El patriarca. Representa el electromagnetismo. La fuerza nuclear fuerte tiene al gluón, que mantiene unidos los protones y neutrones como si fuese un pegamento cósmico. Y la fuerza nuclear débil tiene al bosón W y el bosón Z. Y luego está el rumor del gravitón, el primo perdido que algunos creen que existe… pero ese culebrón lo dejamos para otro episodio, que esto ya parece una telenovela subatómica.

¿Y cuál es la contribución de Higgs a todo este árbol familiar? Pues que los físicos no se aclaraban sobre un tema delicado: la herencia de la masa de la familia bosón. El fotón, por ejemplo, no tiene masa y se mueve por el cosmos sin impedimentos, es decir, tan pancho. En cambio, los bosones W y Z van cargados como si llevaran una mochila de plomo a todas partes. Y claro, aquello no cuadraba ni parecía tener sentido para los científicos… ¿por qué unos sí y otros no? ¿Había un “progenitor” cósmico que repartía la herencia de forma caprichosa? En los años 60 nadie tenía la respuesta a esta incógnita… Hasta que llegó Peter Higgs. Bueno… y otros 10 científicos más, seamos sinceros, pero el que se quedó con el nombre del bosón fue Higgs.

La pregunta parecía apuntar siempre a la misma respuesta: tenía que existir algún tipo de interacción desconocida que explicase por qué la fuerza nuclear débil sí tenía masa. Algo hacía que los bosones W y Z se comportasen de forma… extraña. Una energía de fondo. Higgs propondría la existencia de una energía en el vacío que interactuase con los bosones de una manera muy particular. Una especie de melaza universal pegajosa que empaparía a todas las partículas. Las  más pequeñas, como el fotón, no interaccionarían apenas con esa melaza y seguirían moviendo libremente. Pero cuando aparecían los bosones W y Z, la cosa cambiaba: la melaza se les pegaba con ganas, hasta acabar convirtiéndose en un caramelo duro y bien pesado.

Otra forma de imaginarlo es pensar en un pasillo lleno de periodistas. Una persona famosa entra y todos se le agolpan alrededor: le cuesta avanzar y se mueve despacio, como si tuviera “peso” extra. Esa celebridad sería un bosón W o Z, una partícula con mucha interacción con el campo de Higgs. Ahora imagina que entra un completo desconocido: pasa casi sin que nadie lo note y cruza el pasillo a toda pastilla. Esa es una partícula sin masa, como el fotón.

Esta interacción con el campo de Higgs sería algo intrínseco a la misma naturaleza del bosón. Algo fundamental, definido por la misma naturaleza de la materia. Y si todas las fuerzas primigenias de la naturaleza tienen su bosón asociado… el campo de Higgs debía tener un bosón también. El bosón de Higgs. Si el campo de Higgs es una melaza invisible que impregna todo el universo, el bosón de Higgs es como una pequeña ondulación en esa melaza. No es el campo entero, sino una vibración localizada que podemos detectar. Encontrarlo sería fotografiar una arruga en la superficie del océano.

Y esa arruga fue precisamente la que encontró el CERN en 2012.

Implicaciones

Demostrar la existencia del bosón de Higgs se convirtió en una de las preocupaciones fundamentales de la física de los años 80. No es sólo que el bosón de Higgs explicase de dónde surgía la masa de los bosones, es que era la única explicación que tenía sentido. Si la explicación de Higgs era incorrecta, entonces… había que tirar todo el modelo estándar de partículas a la basura.

Pero si fuese cierto, no solo confirmaría el modelo estándar de partículas: también explicaría cómo el universo adquirió masa por primera vez. Después del big bang, todo era energía pura, sin partículas ni masa. Toda esa gran cantidad de energía concentrada en un punto tan concreto comenzó a interactuar con el campo de Higgs. La melaza comenzaría a recubrirlo todo, a frenar partículas y a recubrirlas de masa. Se crearon los primeros caramelos que darían lugar a los átomos que formarían las estrellas.

La confirmación definitiva de la existencia del bosón de Higgs llegaría a principios de 2013. Esta demostró que el campo de Higgs existía y que era clave para explicar cómo las partículas subatómicas ganan masa. También ha servido para explicar las propiedades tan particulares de la fuerza atómica débil, y podría ayudarnos a predecir el futuro del universo.

Si el campo de Higgs compone una parte importante de la energía del vacío, también podríamos llegar a ser capaces de predecir el futuro de este vacío. Podría ser clave para explicar la manera en la que la energía oscura se convierte en materia, y por tanto, ayudarnos a descifrar el fin del universo.

Cierre

Peter Higgs falleció el 8 de abril de 2024, a los 95 años de edad. En su vida vio no solamente la confirmación de su trabajo por el que fue galardonado, sino también una gran cantidad de reconocimiento en la cultura popular.

Muchas gracias a todos los que nos seguís escuchando episodio tras episodio, y muchas gracias al inventor de las croquetas. No sabemos quién es, pero seguro que se merece las gracias. Recordaros que podéis apoyarnos económicamente mediante el enlace de KoFi de la descripción, y gratuitamente compartiendo el programa con amigos, familiares y enemigos.

Un saludo también a Javier Santaolalla, y su libro de el bosón de higgs no te va a hacer la cama. Un crack de la divulgación científica.

Nos vemos en el próximo episodio con más historietas del espacio!

Astro más ver!