Ciencia Cronopio

LA DISPUTA SOBRE LA PARTÍCULA DE DIOS

Por: Esteban Galeano Gómez

El mundo cuenta desde el 2009 con el nuevo Acelerador de Partículas y Colisionador de Hadrones (acelerador LHC), en el Laboratorio Europeo para el Estudio de la Física de Partículas, Ginebra, Suiza, que tuvo un valor de 8.000 millones de dólares, alrededor del cual se ha generado una serie de discusiones entre los dos físicos más reconocidos actualmente,  Peter Higgs (formulador de la Partícula de Dios) y Stephen Hawking (el cual explicó el funcionamiento de los agujeros negros).

En el fondo, este tipo de discusiones se condimentan en la búsqueda por el premio Nobel, el cual depende de la mejor explicación sobre los orígenes del universo. El primero que lanzó su ataque fue Hawking, cuando apostó 100 dólares diciendo que está convencido que La Partícula de Dios no existe, pero contra esta jugada, si el experimento del acelerador demuestra la existencia de la partícula subatómica conocida como “bosón de Higgs”, este físico escocés de 79 años se ganará definitivamente el premio Nobel, título al que también aspira Hawking, quien perdería tanto el nobel como sus cien dólares.

Para comprender la razón de esta discusión y del estudio de las partículas elementales, nos debemos remontar hasta la astronomía, primera ciencia en desarrollarse en la historia de la humanidad, la cual fue matemáticamente perfeccionada por Newton hace más de 300 años, de quien todavía usamos su teoría de la gravedad para predecir el movimiento de casi todos los cuerpos celestes. La observación de que muchos fenómenos naturales obedecen a leyes científicas llevó a la idea del determinismo científico (todo fenómeno está condicionado por leyes) que parece haberse expresado públicamente por primera vez por el científico francés Laplace, el cual expresa: “si en un instante determinado conociéramos las posiciones y velocidades de todas las partículas en el Universo, podríamos calcular su comportamiento en cualquier otro momento del pasado o del futuro”, lo cual puede significar ¡que podemos predecir el futuro!

Sin embargo, predecir el futuro está estrictamente limitado por la complejidad de las ecuaciones y el famoso “caos” en el universo.

Por otro lado, dos desarrollos científicos muestran que la visión de Laplace sobre una predicción completa del futuro no puede ser llevada a cabo. El primero es la mecánica cuántica,  propuesta en 1900 por Max Planck, contraponiendo lo que expresaba Laplace sobre un cuerpo caliente, como una pieza de metal al rojo, que debería emitir radiación. Esto no sólo significaría que todos moriríamos de cáncer de piel, sino que todo en el universo estaría a la misma temperatura, lo que no es así. Sin embargo, Planck mostró que se puede evitar decir aquello simplemente diciendo que la cantidad de radiación puede tener cualquier valor, llegando únicamente en paquetes o cuantos de un cierto tamaño.

Para Planck los cuantos no eran más que un truco matemático que no tenía una realidad física observando que describía las partículas elementales comportándose como pequeñas bolas girando sobre un eje,  desacelerando mediante una rápida secuencia de pequeños pasos, más que mediante un proceso continuo. Pero pasó muchísimo tiempo antes de que el mundo se diera cuenta de las implicaciones que tenía este comportamiento cuántico. No sería hasta 1926, cuando Werner Heisenberg, físico alemán, explicó profundamente que no se podría medir exactamente la posición y la velocidad en una partícula a la vez. Para ver dónde está una partícula, hay que iluminarla, iluminarla con un cuanto. Pero al mismo tiempo esto perturbaría la partícula, y cambiaría su velocidad de una forma que no podría ser predicha. Para medir la posición de la partícula con exactitud, se deberá usar luz de longitud de onda muy corta, como la ultravioleta, rayos x o rayos gamma, pero inclusive éstas perturbarían la velocidad de las partículas. Es un círculo sin fin: cuanta más exactitud se busque para medir una partícula, con menos exactitud se podrá conocer la velocidad, y viceversa. Esto queda resumido en el Principio de Incertidumbre formulado por Heisenberg.

¿Cómo puede uno predecir el futuro, cuando uno no puede medir exactamente las posiciones ni las velocidades de las partículas —u objetos—, en el instante actual? Con este cuestionamiento el genio Einstein entró en una profunda desazón por la aparente aleatoriedad en la naturaleza.

Por todo lo anterior, algunos científicos estaban bastante entusiasmados por modificar la visión clásica del determinismo, descrita previamente. Así, una nueva teoría, denominada la mecánica cuántica, fue propuesta por el austríaco Erwin Schroedinger  y el físico británico Paul Dirac. De forma altamente resumida, en la mecánica cuántica las partículas no tienen posiciones ni velocidades bien definidas, con lo cual todo físico o matemático tendrá bastante oportunidad de trabajar más fácilmente con ellas.

Con la evolución de la física cuántica, desde Dirac y Schroedinger, surgieron algunos otros científicos modernos que revolucionaron muchísimo más esta fantástica corriente, hasta que en el año 1970 salió a a luz uno de los postulados más revolucionarios, cuando los físicos matemáticamente agruparon en dos categorías las cuatro fuerzas fundamentales de la naturaleza —débil, fuerte, electromagnética, gravedad—  en la fuerza débil y en la fuerza electromagnética, a lo cual llamaron el MODELO ESTÁNDAR. Para que un modelo matemático funcione todo científico debe sustraer de la ecuación la masa de las partículas y los objetos para que tenga validez, y esto, como bien sabemos, suena imposible. Por eso, surgieron tres físicos fantásticos,  Peter Higgs, Robert Brout y François Englert desafiando  el modelo estándar de la física, señalando que pueden demostrar la ausencia de masa en las partículas.

Sus explicaciones se basan en que muchas partículas que surgieron inmediatamente después del Big Bang no poseían masa, y como la temperatura sobrepasaba los límites del frío, se generó en ese momento de la creación del universo un “campo de fuerza” llamado CAMPO DE HIGGS (apellido del promotor de la teoría). Dicho campo está formado por este tipo de partículas sin masa, llamadas BOSONES DE HIGGS; he allí la “partícula de Dios”, aquella primera partícula generada en el vientre de la creación del universo, la cual es la esencia de la composición de todo cuerpo del universo, vivo o no, aquella que produce sensaciones de poder, de comprensión, de desafío, de grandeza. Como este campo prevalece en todo el cosmos, otras partículas tendrán obligatoriamente que interactuar con este campo, y de esta forma la Partícula de Dios, en este contacto con las otras partículas, les regala masa para crear así los objetos o cuerpos que conocemos a nuestro alrededor, y entre más interacción exista con esta Partícula de Dios, más pesada será la partícula, y por el contrario, partículas u objetos que no interactúen con dicho BOSON, no tendrán masa —como puede ser el caso de los agujeros negros—.

Desafortunadamente, lo que no se compruebe no es válido. Y tristemente nadie ha observado hasta el momento La Partícula de Dios de forma experimental, como para confirmar dicha teoría. Pero si se hallara, daría mucha luz sobre el origen de la masa de los cuerpos. En contraposición, si no se logra comprobar esta teoría, nuevos físicos tendrán la tarea de explicar a profundidad los orígenes de la masa de las partículas y los cuerpos.

Se comprende intuitivamente que un carro siempre será más pesado que una bicicleta, pero una hoja de metal pequeña siempre será mas pesada que una hoja de papel,  ¿por qué? ¿Qué razón hay dentro de los átomos de cada objeto para explicar esto? El campo de Higgs y la partícula de Dios podrían dar respuesta a los interrogantes.

Pero ¿Cómo se ha comprendido la masa hasta ahora? Sir Isaac Newton presentó la definición de masa en el año de 1687, como “cantidad de materia de un cuerpo”, axioma que duró más de 200 años. Durante esa época se procedía primero a describir cómo las cosas funcionaban y luego explicar porqué ocurrían. Actualmente, está de moda dentro de la física el comprender el porqué de la masa.

Y es precisamente allí en la búsqueda de la comprensión de la masa donde surgió la función matemática llamada LAGRANGIANA, la cual modela la interacción de materia-masa entre partículas. Gracias a la función Lagrangiana, se ha explicado eficientemente la composición –cuántica– de los protones y neutrones, constituidos por quarks, y cómo reaccionan ante una fuerza o una aceleración, si es del caso. Pero igual Einstein en su época –en su teoría de relatividad– predecía que partículas sin masa debían viajar más lentamente que partículas con masa bajo la velocidad de la luz.

Pero más allá de protones o electrones, partículas elementales más pequeñas como  quarks no podrían estar compuestas por partículas más pequeñas, y la explicación de donde vienen sus masas están íntimamente relacionada con la explicación del origen de la masa en sí. En esa cuestión entra el campo de partículas de Higgs similar al campo electromagnético, el cual es invisible, no se siente pero realmente existe. La diferencia más notable del campo de Higgs es que las partículas que lo componen no rotan sobre sus ejes, esto explica porqué algunas masas en el universo tendrían longitud o masa cero y finalmente los Bosones de Higgs muestran interacciones con otras partículas, según el modelo Lagrangiano del Estándar.

Tristemente, el Modelo Estándar del cual se ha hablado no permite calcular por medio Lagraniano masas de variadas partículas elementales, y es por esto que hace muy pocos años se planteó el MODELO ESTÁNDAR SUPERSIMÉTRICO (SSM), el cual propone cinco tipos de Partículas de Dios; tres que son eléctricamente neutras y dos que están cargadas, todo ello compuesto por pequeñas porciones de masa llamadas neutrinos. Recientemente, esta teoría ha tenido buena acogida en la ciencia dado que trabaja matemáticamente bien, agrupa todas las fuerzas de la naturaleza y de forma experimental se han encontrado las masas de muchos tipos de quarks.

Pero el encontrar las masas de los quarks no le ha resultado ni poco interesante al Dr. Hawking, quien asevera que todos los experimentos adelantados por Peter Higgs están equivocados.  Y el Doctor Higgs, en varias entrevistas, ha expresado su  gran enojo, y nada menos que con su rival para el Nobel y eminencia científica mundial Stephen Hawking, que ha cuestionado abiertamente toda la línea experimental emprendida en el nuevo acelerador. El investigador Hawking declaró hace aproximadamente un año, que sería “muy emocionante” para la ciencia si el experimento del CERN en la frontera franco-suiza “no encontrase nada, ni siquiera la partícula de Dios o bosón de Higgs”, principal objetivo de su experimento, ya que él mismo afirma que no existe. Ante esto, Higgs bastante irritado ha declarado que el equivocado es Hawking, ya que mirando minuciosamente la base de sus cálculos matemáticos para la explicación de la singularidad de los agujeros negros “no son lo suficientemente buenos”. Esto muestra que las riñas que existen desde los inicios de la física entre los físicos teóricos y físicos experimentales no son una novedad.

Siguiendo las teorías de Hawking, algunos científicos y en muchos casos fanáticos exacerbados  expresan temor sobre posibles agujeros negros que podrían generarse con las colisiones en Ginebra, que podrían engullir y tragarse la tierra y ¡acabar con el universo!, ya que dicho acelerador produce hasta 600 millones de colisiones por segundo, a lo cual Higgs objeta diciendo que son tonterías que ningún científico serio podría plantear, ya que como explica el equipo de trabajo, a cada segundo el planeta tierra es bombardeado por partículas del espacio y aún seguimos vivos.

«Estaba seguro de que el acelerador de partículas iba a funcionar, pero no pensé que lo íbamos a conseguir tan rápido», comenta Daniel Denegri, un veterano de la física de partículas que trabaja en el proyecto de la Partícula de Dios.

Contra las críticas y temores, el primer choque de protones se dio a principios de este año, recorriendo 27 kilómetros y mostrando grandes resultados, fruto del trabajo de veinte años por parte del equipo de físicos experimentales Daniel Denegri, John Ellis.

«Cuando Colón viajó al oeste, pensó que iba a encontrar algo. No encontró lo que pensaba que iba a encontrar, pero sí dio con algo interesante», siente Joseph Lykken, físico del Acelerador de Partículas.