Tocar lo invisible
Pepe Gordon nos habla sobre el bosón de Higgs.
Vi a los exploradores de la partícula de Dios. Hacían chocar millones de protones y surgían fuegos artificiales, donde buscaban una “brizna de luz entre la noche cósmica”. Esa partícula era clave para entender cómo la energía se transforma en materia y cómo se amasan los cuerpos de unos amantes para que puedan tocarse.
Los científicos buscaban a la enigmática partícula dentro de un túnel a 100 metros bajo la superficie de la Tierra. La Organización Europea para la Investigación Nuclear (conocida como CERN) había excavado un pasaje subterráneo con una circunferencia de 27 kilómetros entre la frontera de Suiza y Francia. En años recientes había construido ahí la máquina más grande y compleja que ha concebido la humanidad: el Gran Colisionador de Hadrones (LHC, por sus siglas en inglés). En este aparato se hacían chocar partículas subatómicas casi a la velocidad de la luz. La idea era descubrir en esas colisiones los niveles más finos de la naturaleza que habían sido imposibles de detectar.
En 1964 el físico británico Peter Higgs propuso un elegante mecanismo matemático para comprender por qué las partículas elementales tienen masa. Éste es un dato que no tenía explicación. La idea de que existiera lo que ulteriormente se llamaría el bosón de Higgs lo lograba, pero a un gran precio. Nadie había visto a esta partícula. Era muy elusiva. Los choques más violentos generados en los colisionadores anteriores al LHC no habían logrado producirla. Los experimentos no la encontraban. El Premio Nobel de Física Leon Lederman, al escribir un libro sobre esta búsqueda, la denominó ‘La partícula de Dios’. Había un juego de humor. Lederman decía en inglés que era una ‘ goddamn particle’, una ‘maldita partícula’ que no podían descubrir. Al quitar la sílaba damn (maldita), quedaba ‘ the God particle’. El nombre prendió, pero la escurridiza realidad prevaleció así durante casi cuarenta años. La teoría de Higgs era una especie de partitura musical matemática que no tenía instrumentos para ser interpretada.
¿Qué es lo que proponía Peter Higgs? En el libro El tejido del cosmos, Brian Greene lo resume de manera muy creativa: así como no vemos el campo electromagnético y sin embargo nos afecta, Higgs plantea que hay un campo invisible que puede imaginarse como paparazzi o fans que ven entrar a una famosa estrella de cine, se aglomeran en torno a ella y dificultan su paso. En la analogía, esta resistencia al movimiento se relaciona con la masa de los artistas (las partículas que ya hemos descubierto como los electrones o los quarks). Si la actriz no es tan conocida, circula más fácilmente entre la multitud (tiene menos masa, menos resistencia al movimiento). Esto explica por qué las partículas que conocemos tienen la masa que tienen, pero nos deja con un problema: ¿cómo probamos la existencia del invisible campo de Higgs y de su expresión en una partícula?
Para sacar al bosón de Higgs de su guarida, el CERN puso en marcha, en 2008, al Gran Colisionador de Hadrones, equipado con fabulosos aparatos de detección. Uno de ellos, llamado CMS, pesa cerca de 14,000 toneladas. Aunque sólo tiene 15 metros de diámetro y 21.5 metros de largo, es casi dos veces más pesado que la Torre Eiffel. Estos instrumentos trataban de atrapar el resultado de choques de haces de protones que viajaban a velocidades inimaginables. Cada segundo los protones daban más de 11,000 vueltas al anillo de 27 kilómetros del colisionador del CERN. La idea era que gracias a estos choques aparecerían por unas millonésimas de segundo las huellas de la partícula de Higgs.
Así, se registraban 800 millones de colisiones por segundo. Esto genera millones
de partículas subatómicas que vuelan por todos lados y desaparecen en fracciones de segundo. En la maraña resultante tenía que aparecer el bosón de Higgs. Pero no aparecía. Era más fácil descubrir el rostro de una persona en medio de un estadio de futbol con 100,000 espectadores.
Sin embargo, los científicos estudiaban pacientemente esa información para detectar la presencia de partículas inéditas antes de los choques. Así, se analizaban 40 millones de fotos por segundo en 100,000 procesadores que ocupaban un espacio equivalente a tres millones de dvd anuales. Era como si estuvieran buscando granos de oro en una playa, una aguja en un pajar… el bosón de Higgs.
El 4 de julio de 2012, Fabiola Gianotti y Joseph Incandela, coordinadores respectivamente de los experimentos ATLAS y CMSCMS en el CERN, dieron a conocer una gran noticia: “Observamos en nuestros datos, claros signos de una nueva partícula”. Se tenía la evidencia suficiente para plantear que la probabilidad de que lo que habían observado fuera producto de una fluctuación azarosa era de una en 3.5 millones. Con humor y humildad Gianotti dijo: “¡Gracias naturaleza!”. Rolf Heuer, el entonces director general del CERN, resumió el hallazgo de la siguiente manera: “Hemos hallado ahora la piedra angular que le faltaba a la física de las partículas”.
El físico Rolf Heuer dimensiona lo que representa esta búsqueda de conocimiento: “Queremos entender cuáles son los bloques de la materia, de qué estamos hechos, de dónde venimos, cómo son las fuerzas que actúan entre estos bloques de construcción. Resulta que cuando estamos observando el microcosmos, lo fascinante es que, al mismo tiempo, vemos el nacimiento del Universo”.
Los experimentos generaban nuevas preguntas: ¿Hasta dónde se llegará en la exploración de lo que va más allá de la partícula de Dios? ¿Qué nos revelará sobre la materia oscura que aún no detectamos? ¿Se descubrirán supersimetrías que podrían conectar a todas las fuerzas de la naturaleza? ¿Se podrán vincular estas investigaciones con la hipótesis de las supercuerdas?
Lo que estaba claro es que se abrían nuevas puertas para sondear el origen de la materia y el Universo. En las cavernas del CERN, las colisiones formidables de protones creaban una especie de teatro del Big Bang en donde se reproducían las condiciones tempranas del Universo poco antes de que se enfriara la materia y los quarks quedaran encerrados, aparentemente para siempre, dentro del núcleo de los átomos. Al estudiar lo más pequeño de lo pequeño, al explorar las “chispas” producidas en estos choques, se revelaba lo que había pasado hace miles de millones de años, más allá de las galaxias más lejanas.
Fabiola Gianotti, quien hoy en día es la directora del CERN, habla del reto de valorar los datos que surgen de estas investigaciones: “Claramente, en nuestra exploración estamos guiados por las teorías existentes pero tratamos también de estar muy abiertos, porque la naturaleza bien podría haber elegido un camino completamente distinto y la naturaleza usualmente es más inteligente que los seres humanos”.
Le pregunto por el sueño que impulsa esta búsqueda y veo que la mente de una mujer que busca evidencias experimentales se enciende con el mismo fuego de los físicos teóricos: “Todo lo que me guía es la curiosidad. Me impulsa el aprendizaje, aprender más y más, dar un paso adelante en el conocimiento fundamental. Es claro que una teoría unificada, un escenario unificado, que pudiera explicar todos los fenómenos desde el mundo más pequeño hasta la estructura y evolución del Universo, es el sueño de todo físico. No sé si seremos alguna vez capaces de llegar a este punto, pero también es verdad que estas ideas brindan una gran elegancia”.
Fabiola Gianotti es, además de científica, una notable pianista. Encuentra belleza tanto en las artes como en la investigación de la física. En este marco, comenta que aunque la manifestación de la naturaleza puede ser muy compleja, sus bloques de construcción son extremadamente simples y elegantes: “Eso es lo que estamos indagando”.
¿Su búsqueda de conocimiento tiene afinidades con la de Dante Alighieri en la Divina Comedia? Una partícula de luz brilla en su mirada: “Exactamente. El conocimiento fundamental tarde o temprano rinde frutos, ya que el progreso se basa en ideas, en nuevos derroteros. Si se mata el conocimiento, la evolución queda estancada. La mente humana está avivada por la inteligencia y por el arte. Ambos son nuestros derechos –afirma con convicción–. No deberíamos detenernos porque no rindan frutos inmediatos. Dante Alighieri solía decir: No nacimos para vivir como ignorantes sino para buscar la virtud y el conocimiento”.
La invocación de Dante trae a la memoria su descripción del paraíso en donde la luz adquiere tal intensidad que, de manera asombrosa, se convierte en música. Y vi cómo sonaban las notas del piano de Fabiola Gianotti, bajo la luz de la tarde (que también era música), mientras ella explicaba que las partituras de sus compositores favoritos –Beethoven, Bach y Schubert– constituían simplemente otro tipo de ecuaciones. Los sonidos se correlacionaban, giraban y se entremezclaban a la vez que los protones se estrellaban en formas cada vez más ingeniosas y audaces. Buscaba nuevas evidencias experimentales de las virtudes de las matemáticas integradas con la música, lo que el novelista Amos Oz llama “matemúsica”. Y vi cómo los choques de partículas creaban una luz enceguecedora y vi, o tal vez imaginé, que en uno de los círculos de irradiación vertiginosa los ojos de Dante se encontraban con los de su amada Beatriz para cambiar su destino y no separarse jamás. Ése era el deseo.
Fragmento del libro El inconcebible universo. Sueños de unidad, con ilustraciones de Patricio Betteo. Sexto Piso, 2017.
Hemos hallado la piedra angular que le faltaba a la física de las partículas.