Ver : http://www.conicet.gov.ar/cuando-yo-descubri-el-boson-de-higgs/
Hace unos meses se
anunció que en el acelerador de
partículas más grande construido por el hombre, situado en la frontera entre
Francia y Suiza, se había descubierto una nueva partícula conocida como el Bosón de
Higgs, Este hallazgo me trajo recuerdos de juventud.
En los años 80 comencé a dedicarme, al menos parcialmente a la
investigación científica. El ambiente de trabajo era bastante más artesanal que
el actual, porque no había demasiados
recursos; era muy difícil conseguir una beca, asistir a un congreso era un
logro monumental y el material de estudio lo conseguíamos por fotocopias de
fotocopias de fotocopias. Por otro lado, la dictadura militar había hecho
estragos en el Departamento de Física de la Facultad de Ciencias Exactas e
Ingeniería de Rosario, y no había ambiente de discusión de ideas, ni muchos
docentes en condiciones de dictar cursos de física avanzada. En este contexto,
comencé a interesarme por alguna de las ideas más abstractas de la física de
ese momento. Los cursos de doctorado eran dictados en muchos casos por nosotros
mismos, los propios estudiantes que tomábamos un libro y tratábamos de
entenderlo y contárselo a los otros. Había algunos más osados que otros y de
uno de ellos aprendí los rudimentos de la teoría cuántica de campos y qué
significaba lo del Bosón de Higgs.
En aquel momento pensaba que había entendido muy poco de aquel curso, que
era casi incapaz de reproducir alguno de los cálculos que veía en el pizarrón.
Sin embargo, el tiempo me mostró que el misterio que me generaron aquellas
ideas fue la semilla que me permitió avanzar en mi trabajo de investigación
posterior. Me enamoré de la física teórica, de sus argumentos de simetría, de
la búsqueda de simplicidades. Volví sobre estas ideas y sigo volviendo en una
búsqueda estética que guía una parte de mis inquietudes científicas, de mis
fantasías cuando emprendo una investigación, de las ilusiones que me acompañan
cuando paso mucho tiempo estudiando trabajos o tratando de entender un
problema. Pero ¿qué es eso de las simetrías que tanto me impresionó en aquellos
tiempos y que subyace a la invención del Higgs que hoy ha adquirido tanta fama?
Los argumentos de simetría son a la física de partículas lo que la
lucha de clases a la teoría marxista de la historia social, o la idea del inconsciente
a la teoría freudiana del psicoanálisis. Es una idea base que guía la
construcción de teorías y ha permitido avanzar desde las más simples a las más
complejas, haciendo entender qué partículas elementales esperamos encontrar y
qué características deben tener las partículas que se intercambian entre ellas
para que se atraigan o se rechacen.
Por ejemplo, la simetría que tiene un cuadrado corresponde a una
rotación de noventa grados porque una vez que lo giramos en ese ángulo no
podemos distinguirlo del mismo antes de girarlo. La simetría que jugó un rol
fundamental en la historia reciente de la física de partículas es la conocida
como de ‘gauge’ o de medida. En la teoría más simple, significa que podemos
girar en cada punto del espacio un ángulo arbitrario y diferente en un punto de
otro. Luego de esta operación no hay forma de darse cuenta si hicimos o no esa
rotación. Es como si tuviéramos un piso lleno de baldosas circulares (que por
supuesto dejaría muchos lugares intermedios vacíos); cada baldosa podría
girarse un ángulo arbitrario, lo que no podría notarse. En física de partícula
esta simetría define completamente de qué teoría estamos hablando. Por ejemplo,
si en vez de rotaciones en el plano, consideramos rotaciones en el espacio,
como si hubiera una esfera en cada punto del espacio, damos lugar a otra teoría
con otras partículas y otras interacciones.
¿No es entonces una idea
fascinante pensar que eliminando todos los detalles, el mundo de las partículas
sub-atómicas puede construirse siguiendo solamente un principio de simetría?
Además estas rotaciones se hacen en un espacio interno de cada punto
del espacio. Esas rotaciones son transformaciones en lo que los matemáticos
llaman la fibra que se monta en cada punto. No es raro entonces que mi propia
fibra se conmueva al jugar con estas ideas, que me transformen a mí mismo, que
me 'vuelen la cabeza' como dicen los chicos hoy.
Aunque cada simetría local da lugar a un tipo de partículas con sus
interacciones, hay una propiedad general que deben tener todas las partículas.
Estas partículas no pueden tener masa. Si la tuvieran la simetría de ‘gauge’ se
viola. Si le ponemos masa a las partículas, el edificio completo de la física
de partículas con sus simetrías tan anheladas se cae a pedazos.
¿Y entonces en qué punto quedamos? Quedamos en que la simetría de ‘gauge’
ha sido extraordinariamente efectiva en cuanto a permitir construir teorías
para entender las interacciones electromagnética, nuclear débil y fuerte. Sin
embargo predice que ninguna partícula puede tener masa y debe viajar a la
velocidad de la luz. Pero sabemos que hay partículas con masa como las mediadoras de la interacción débil, o nuestro
más conocido electrón. ¿Quién arroja un poco de luz en todo esto?
Como la lucha de clases o a la
idea del inconsciente, la simetría de ‘gauge’ no puede mantenerse
dogmáticamente ante cualquier situación. ¿Y qué hacemos? ¿La desechamos a pesar
de su belleza, su simplicidad y el poder predictivo que ha tenido?
En los años 60 varios investigadores encontraron una posible salida a
este dilema. La salida se llamó ruptura espontánea de la simetría de ‘gauge’.
Es como cuando estamos convencidos de un argumento y tratamos de defenderlo a
capa y espada, pero los hechos nos vienen mostrando que no puede ser siempre
válido, entonces en un rapto de intuición nos damos cuenta que, agregando alguna idea adicional que no
preveíamos, podemos salvar la belleza, la generalidad y el poder predictivo de
nuestra propuesta original. Y la idea adicional fue la introducción de un campo
que llena todo el universo, lo que hoy llamamos el campo de Higgs. El
acoplamiento de las partículas con este campo le genera la masa a las mismas, pero
como nada es gratis en esta vida, aparece un efecto adicional que es debido a
las olas que producen las partículas que se mueven en el campo de Higgs. Esto
hace prever la existencia de una
partícula asociada a este campo con una masa muy grande, la hoy famosa partícula
de dios o Bosón de Higgs. Para detectarla se requirieron millones euros.
La física es una ciencia experimental que valida sus teorías
contrastándola con los datos observacionales. El descubrimiento reciente del Bosón
de Higgs fue el broche de oro que permitió validar toda la construcción teórica
de la física de partículas del siglo XX.
Nosotros la descubrimos varios años antes orientados por nuestra manía
de aprender y por nuestra pasión por entender. En mi caso fascinado por la
belleza de las ideas potentes y profundas. La misma fascinación que me sigue
orientando hoy, claro que siempre alerta para que la seducción por las
simetrías no me deje encerrado en mi propia idea y no me permita descubrir mi
propio Bosón de Higgs.
No hay comentarios:
Publicar un comentario