CIENCIA › DIALOGO CON GERARDO DEPAOLA, FISICO E INVESTIGADOR DE LA FAMAF (UNIVERSIDAD NACIONAL DE CORDOBA)

Tras la huella del bosón de Higgs

Esta vez el jinete, presionado por las circunstancias, cabalga hacia el límite, hacia la composición última de la materia, hacia la caza del bosón de Higgs que están buscando en el Supercolisionador de hadrones.

 Por Leonardo Moledo

–¿En qué trabaja usted?

-En la Espectroscopia atómica y nuclear, de la Famaf (Facultad de Matemáticas, Astronomía y Física de la Universidad Nacional de Córdoba) y por esos avatares de la vida he llegado a una rama de la física que me ha puesto en contacto con la gente del Supercolisionador... en un proyecto en particular que tiene que ver con el desarrollo de un software de simulación.

–Ahora... mire, yo en realidad quería que me contara qué es el “bosón de Higgs”. Nosotros tenemos el modelo estándar que describe las partículas elementales.

–Sí: son seis quarks (que forman los protones, los neutrones, etc...) y tenemos seis leptones, que son el electrón, el muón (que es un electrón pesado), y el tau, que es un electrón más pesado todavía y los tres neutrinos correspondientes.

–Más las antipartículas correspondientes. Y las partículas asociadas a fuerzas.

–Sí. Los bosones. Tenemos cuatro fuerzas: el electromagnetismo, que está mediado por los fotones. La fuerza débil, que está mediada por tres partículas: el W +, el W - y el Z0. La fuerza fuerte, que está medida por los gluones.

–Y la gravitatoria, con el gravitón, que no se sabe si existe. ¿Y ahora por qué no me cuenta qué es el campo de Higgs?

–El campo surge como un bosón más... Hay una predicción del modelo estándar sobre mecanismo de producción de cambios de leptones (cuando los electrones se transforman en muones) y esto, según la teoría requiere un bosón especial.

-El modelo estándar predice que en determinado momento los electrones se pueden transformar en muones, y para que eso ocurra tiene que intervenir un bosón...

–Sí. El bosón tiene que actuar como mediador entre el electrón y el muón. El bosón de Higgs es la única partícula que puede cambiar el electrón en otra cosa. La profundidad de la teoría, aparte, le da el poder de explicar por qué las partículas adquieren la masa.

–Aquí viene la otra pregunta. Una partícula que está en un campo cualquiera adquiere energía potencial al alejarse del campo. Es decir, una piedra tiene una cierta masa, que es su masa en reposo. Ahora, si yo la subo arriba de una montaña, su energía potencial (y por lo tanto su masa) aumenta, porque ha tomado energía del campo gravitatorio. Esa energía potencial aumenta su masa. Ahora: en el campo de Higgs, las partículas toman masa en reposo... ¿Eso cómo puede ser?

–Va a tener que hablar con la gente de La Plata, que está especializada en el tema.

–Bueno, muy bien. ¿Por qué no me cuenta algo de la experiencia que está haciendo en relación con el CERN?

–En el CERN estoy involucrado en un grupo de trabajo que desarrolla todo el programa de simulación con el cual diseñaron estos experimentos. Antes de construir estas cosas primero son modeladas en la computadora. Yo lo que hago es tomar estos procesos teóricos, desarrollarlos, modelarlos e introducirlos dentro del programa con el cual luego se diseña el detector. O sea que mi participación es muy tangencial...

–No parece. ¿Qué proyecto teórico, por ejemplo?

–Yo trabajo en la detección de rayos gamma polarizados, por ejemplo, que tiene una aplicación más en astrofísica que en el anillo este del Supercolisionador. Básicamente, la física de alta energía termina con este experimento (si es que existe el bosón de Higgs). Si no existe, se abrirán muchísimas puertas. Un experimento que falla da más posibilidades que uno que tiene éxito.

–Por ejemplo el de Michelson–Morley, para constatar la existencia del éter, que falló y dio pie a la Teoría de la Relatividad.

–Así es. Lo que le decía es que se hace imposible en la Tierra construir a más altas energías. Hay que irse al espacio.

–Acá se alcanzan energías de...

–Un teraelectrón–volt (10 a la 12 electrón–volt).

–Y eso se genera...

–Acelerando a los protones a esas energías. Es el 99,9 por ciento de la velocidad de la luz.

–Ahora, a esa velocidad el protón tiene muchísima masa.

–Sí, ahí estuvo el enorme desafío tecnológico que significó construir esta máquina.

–¿Y cuando chocan?

–Se desarman, salen los quarks (que se combinan entre ellos)... Es todo un proceso muy indirecto: lo único que uno mide son rayos gamma, muones y electrones. De hecho los detectores están hechos en forma de sandwich: una capa interna (que mide trazas de partículas), una segunda capa (que para la radiación gamma) y una tercera (son los detectores de muones, electroimanes que los paran y miden las trazas).

–Se detectan esas tres cosas... ¿y luego?

–Comienza el proceso de reconstrucción de trazas. Y a partir de eso se deducen todos los fenómenos que se produjeron.

–Y una de las cosas que se detectan podría ser el bosón.

–En realidad, es muy dependiente de la teoría. La teoría dice que para detectar el bosón yo tengo que detectar primero todos esos muones y esos electrones repartidos de esa manera. Es una medición muy indirecta, que va a llevar años.

–Una cosa que dice León Lederman, que es interesante, es que el campo de Higgs es como una especie de éter moderno, en el cual las partículas pueden tomar masa en reposo. Eso no lo puedo entender.

–Es difícil, sí. Si yo hubiese estado en La Plata o en Buenos Aires, seguramente se lo podría explicar. Pero acá, en Córdoba, no trabajé con eso. Yo soy un bicho raro en Famaf, porque me dediqué, aunque tangencialmente, a este tipo de cosas.

–Y usted dice que se acabó la física de alta energía en la Tierra.

–Sí. Construir máquinas de más alta energía todavía es impensable por ahora. Así, el próximo paso es usar la radiación que viene del espacio, de los rayos cósmicos, que tienen una energía enorme. La mayor parte son protones, rayos gamma... El proyecto Auger, aquí en Malargüe, mide partículas de muy alta energía (10 a la 20 electrón–volt, por ejemplo).

–¿Y a esas energías más altas, qué se espera encontrar?

–Es un mundo completamente nuevo, al cual nosotros extrapolamos la teoría sin saber demasiado bien si va a funcionar.

–Hay una escala en la que las fuerzas se unifican. ¿Qué significa que las fuerzas se separan o se unifican? Yo junto la fuerza eléctrica y la débil. Cuando están separadas, una está mediada por los fotones y la otra por las tres partículas. Cuando están juntas, ¿qué pasa?

–Están mediadas por una sola partícula.

–Aparte de los rayos cósmicos... ¿hay otros fenómenos? Porque, por ejemplo, si uno estudia las supernovas también hay procesos monstruosamente energéticos...

–Hay de todo... De hecho el área en la que estoy trabajando yo tiene mucho interés en la astrofísica, porque la polarización da información sobre los mecanismos de aceleración de estas partículas. Tenemos los rayos gamma que nos llegan en chorros a la Tierra, que están distribuidos uniformemente. Por eso son de origen cosmológico y no galáctico.

–¿Cómo puede ser? Yo creía que lo único uniforme era la radiación de fondo.

–No, éstos también. Se piensa que son choques de agujeros negros, de estrellas neutrones, por la cantidad de energía emitida. Porque cuando llegan saturan el receptor.

–Dígame... ¿estamos llegando a algún límite?

–Es muy difícil decirlo. La física se acaba en el borde de los agujeros negros. De allí para adentro, no hay física. Y con esto del bosón de Higgs también. Pero pensemos en 1900 y cómo se creía que ya estaba todo cocinado y sólo faltaban unos detalles. La gran importancia que tiene este experimento del CERN es que nos enfrenta a la frontera de lo que nosotros creemos ahora. Y eso nos va a dar muchas respuestas.

–O muchas preguntas.

–Tal vez nos dice que el quark tiene estructura.

–O que el espacio es granuloso.

–Eso ya lo predice la relatividad.

–Bueno, estamos llegando al fin de lo que nosotros creemos y también llegamos al fin de este diálogo. Casi al mismo tiempo.

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Gerardo Depaola (centro) en el CERN. Atrás se ven los detectores de muones del CMS (Compact Muon Solenoid).
 
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