El bosón de Higgs y la materia negra, los invitados estrella del LHC

[Publicado en ADN.es el 9 de septiembre de 2008. Se trata de la segunda parte de una serie de artículos explicativos sobre el Gran Colisionador de Hadrones (LHC) que arrancaba un día después.]

Los experimentos del Gran Colisionador de Hadrones Atlas y CMS buscarán la 'partícula de Dios' y los componentes de la materia invisible que constituye el 30% del universo

ATLAS es al LHC lo que la Torre Eiffel es a París. Sus dimensiones -46 metros por 25- hacen de este detector el más masivo y el más fotografiado del Gran Colisionador de Hadrones. Junto a CMS es uno de los dos detectores polivalentes: servirán para investigar un amplio abanico de teorías de física cuántica, aunque el elemento que más emociona a los científicos es, sin duda, el bosón de Higgs.

Se trata de una partícula que "no tiene equivalente en el universo" según Étienne Klein, físico y autor de Les secrets de la matière racontés en famille. Lo que crea tantas expectativas es que Higgs, como lo llaman los profesionales, es la piedra angular de lo que los científicos designan como el modelo estándar de la física. Es decir, da sentido a todas las teorías cuánticas elaboradas en las últimas décadas. Pese a ese papel central en la teoría, Higgs sólo es una hipótesis: nadie ha podido ver el bosón ni demostrar su existencia por la experimentación.

El cóctel y el bosón de Higgs

Según sus padres, los belgas François Englert y Robert Brout y el escocés Peter Higgs, el elemento va acoplado a todas las partículas que tienen una masa. Y este acoplamiento confiere la masa a la partícula. "La idea es que la masa no es una propiedad interna de la partícula, sino que se adquiere por la interacción entre la partícula y el campo de Higgs, en el que están los bosones", explica Klein.

Klein usa una parábola para darnos a entender qué es el bosón de Higgs. Imaginemos que estemos en un cóctel y que queramos volver a casa. "Te vas a ir con una velocidad mucho menor que tu velocidad de movimiento normal", describe el físico. "Porque te vas a encontrar con Fulano a quien no habías saludado, Mengana con quien no habías hablado. Todas esas interracciones te van a ralentizar. La interracción con todos los invitados del cóctel te van conferir una inercia, es decir una masa. El equivalente de los invitados son los bosones de Higgs. La próxima vez que alguién te frene en la calle, le podrás llamar bosón de Higgs", concluye con sorna.

"Si retiramos la hipótesis del modelo estándar, ya no podemos entender el funcionamiento del modelo. Creemos que a los niveles de energía del LHC, encontraremos algo, y creemos que será el bosón de Higgs. Pero no estámos seguros. Puede ser otra cosa que el Higgs, o un Higgs con propiedas distintas de las que le hemos atribuido", apunta.

Atlas y CMS son dos maneras distintas de buscar el mismo bosón. Sus propios nombres indican que tienen formas diferentes: el Apárato Toroidal del LHC (ATLAS, por sus siglas en inlés) y el Solenoide Compacto para Muones (CMS) se basan en imanes. El corazón de ATLAS es un sistema magnético en forma de toroide y compuesto de ocho bobinas, mientrás que el CMS está construido alrededor de un enorme imán con forma de bobina.

La materia negra

Otra obsesion de CMS y ATLAS será la materia negra, que es un concepto que no proviene de la física cuántica sino de la astrofísica. "Sabemos que las galaxias sufren fuerzas gravitacionales creadas por masas mucho más importantes que las que vemos", explica Klein. La única forma de explicar este déficit de fuerza es postular que una materia invisible también actúa gravitacionalmente. De hecho, se calcula que sólo el 4% del universo es materia ordinaria. Un 30% sería la materia negra, y el resto energía negra, que tambien desconocemos profundamente.

"Se han formulado todas las hipótesis sobre el contenido de la materia negra, pero las observaciones las han desmentido todas", dice el científico. CMS y ATLAS debrían permitir encontrar el elemento que compone la materia negra, después de la colisión de los protones. "El neutralino sería el mejor candidata para la materia negra", prevé Klein.