Sepa cómo la "máquina de Dios" puede tragarse a la Tierra (¿y si los catastrofistas y/o Stephen Hawking tienen razón?)
CIUDAD DE BUENOS AIRES (Urgente24).- En la frontera franco-suiza, científicos de 80 países consiguieron inyectar por primera vez un haz de protones en el túnel circular de 27 kilómetros del Gran Colisionador de Hadrones (Large Hadron Collider, o LHC), cuyo objetivo es simular el 'Big Bang' para hallar las partículas más elementales. ¿Qué significa esto? ¿Cómo entenderlo? He aquí su explicación.
Veamos una parábola clásica de la divulgación científica, debida al físico británico David Miller:
"La sala de reuniones del partido tory está llena de militantes que charlan tranquilamente cuando, de pronto, la señora Thatcher entra por la puerta. A medida que Thatcher camina por la habitación, los militantes más cercanos forman corrillos a su alrededor y, en consecuencia, dificultan el movimiento de su líder.
Los militantes representan el campo de Higgs, una forma de energía que impregna todo el espacio y confiere masa a las partículas (como Thatcher). Un protón, por ejemplo, no tendría masa si no fuera por el campo de Higgs. Sin ese campo misterioso, todos seríamos livianos como el fotón, y nos moveríamos, como él, a la velocidad de la luz".
El Gran Colisionador de Hadrones, que ha entrado hoy en funcionamiento, en horas de la mañana, junto a Ginebra, tiene también otros objetivos, pero el principal es encontrar el bosón de Higgs, apodado "la partícula-Dios" por el premio Nobel Sheldon Glashow.
Es una predicción central del modelo estándar con el que los físicos describen el mundo subatómico, y observarlo requiere las altas energías de colisión que alcanzará el LHC.
Pero estas altas energías también han llevado a algunas personas a temer que el LHC pueda causar una catástrofe planetaria, mediante la creación de un agujero negro u otros fenómenos. Estos catastrofistas han llegado a presentar dos demandas judiciales contra el acelerador de Ginebra.
En Ginebra, sin embargo, afirman que la "máquina de Dios" es segura. La revisión de seguridad fue aprobada por el Consejo Directivo de la Organización Europea para la Investigación Nuclear (CERN, por sus siglas en inglés), que construye el acelerador.
"No existe fundamento para preocuparse por las consecuencias de las nuevas partículas o formas de materia que quizás podrían generarse con el LHC", afirma el informe del grupo que realizó la evaluación. Para los expertos, sea lo que sea lo que el acelerador pueda hacer, la naturaleza ya lo hizo muchas veces antes.
A través de un comunicado de prensa, el director general del CERN, Robert Aymar, indicaba en junio pasado que: "Con este informe, nuestro laboratorio cubrió cada aspecto de la evaluación de seguridad y del efecto ambiental necesario para garantizar el funcionamiento de estas nuevas instalaciones científicas".
La nueva máquina está diseñada para acelerar protones, que son los ladrillos de la materia, a 7 trillones de electrón-voltios de energía, y hacerlos colisionar para producir pequeñas bolas de fuego elementales, que son versiones en miniatura del 'Big Bang'. Así, los expertos buscarán fuerzas, partículas y hasta nuevas leyes naturales que podrían haber prevalecido durante la trillonésima parte del primer segundo del universo.
Algunos detractores opinan que el CERN ignoró o subestimó el riesgo de que el acelerador produzca un agujero negro que "se trague" a la Tierra o que produzca alguna partícula peligrosa. Sin embargo, los revisores aseguran que los rayos cósmicos ya han producido colisiones entre la Tierra y otros objetos del cosmos. "La naturaleza ya generó unos 1031 programas experimentales como los del LHC desde el inicio del universo -afirman-. Y las estrellas y las galaxias resistieron."
En efecto, el grupo de físicos reunidos en el Consejo Asesor de Seguridad del LHC (LHC Safety Assessment Group, o LSAG) ha concluido que "incluso si el acelerador llegara a producir microagujeros negros -una posibilidad contraria al modelo estándar de la física de partículas-, estos serían incapaces de agregar materia en torno a ellos de una forma que resultara peligrosa para la Tierra".
El campo de Higgs (el conjunto de los militantes tories que llenan la habitación, según la párabola citada hoy en el diario español 'El País') fue postulado en 1963 por media docena de físicos, de los que el británico Peter Higgs ni siquiera era el más destacado. Pero fue Higgs el primero en hablar del "bosón de Higgs".
El campo de Higgs y el bosón de Higgs son dos formas de ver el mismo fenómeno. Esta dualidad se deriva de uno de los principios más desconcertantes de la física cuántica. El caso más familiar es el de la doble naturaleza de la luz, que consiste a la vez en un campo electromagnético y en un chorro de partículas, o fotones.
El modelo estándar de la física subatómica divide las partículas en dos grandes grupos: las que constituyen la materia (fermiones, como los quarks) y las que transmiten las fuerzas (bosones, como el fotón). El propuesto bosón de Higgs, por tanto, sería una partícula, y eso es lo que los físicos esperan observar en el nuevo superacelerador de Ginebra.
En la parábola de Miller, el bosón de Higgs se puede visualizar así: imaginemos que, en vez de la señora Thatcher, lo que llega a la habitación es el mero rumor de que Thatcher va a venir. Los militantes más cercanos a la puerta forman un corrillo para oír la noticia. Luego pasan el rumor a los siguientes, que forman un corrillo, etcétera. Ese corrillo virtual que se propaga es el bosón de Higgs. También tiene masa, pero esta vez gracias a sí mismo.
Fue el físico teórico norteamericano Steven Weinberg quien encajó los campos de Higgs en el mismo centro neurálgico del modelo estándar de la física de partículas. El trabajo de Weinberg y sus colegas Abdus Salam y Sheldon Glashow tiene que ver con uno de los principales objetivos de la física actual: la unificación entre las fuerzas fundamentales de la naturaleza, es decir, la formulación de una teoría que explique todas esas fuerzas de una sola tacada.
La revolución de la energía eléctrica se debe al trabajo de Faraday y Maxwell, que comprendieron que dos fuerzas previamente percibidas como dispares, la electricidad y el magnetismo, eran en realidad dos formas de mirar a una única fuerza: el electromagnetismo. La gravedad y el electromagnetismo se convirtieron en las dos "fuerzas fundamentales" de la naturaleza conocidas a finales del siglo XIX.
Pero la exploración interna de la estructura del átomo reveló pronto otras dos "fuerzas fundamentales" más. Se llaman fuerza nuclear "fuerte" y "débil", y son las que mantienen unido el núcleo atómico y provocan los varios tipos de desintegración radiactiva. En total, cuatro fuerzas a unificar.
Cada una de estas fuerzas se asocia a una partícula mensajera (la denominada bosón). La partícula mensajera de la fuerza electromagnética es el fotón. Weinberg y sus colegas se dieron cuenta de que la fuerza nuclear débil podría explicarse mediante una partícula idéntica al fotón en todo excepto en su masa. El fotón no interactúa con el campo de Higgs, y como consecuencia no tiene masa. Pero el nuevo mensajero debía interactuar con el campo de Higgs adquiriendo una masa considerable (unas 90 veces la masa del protón).
Los mensajeros de la fuerza nuclear débil (los bosones W y Z) aparecieron poco después en los aceleradores de partículas, y tenían las propiedades predichas por Weinberg: idénticos al fotón en todo excepto en que tenían cerca de 90 veces la masa del protón.
Weinberg, Salam y Glashow recibieron el premio Nobel en 1979. Su teoría había unificado las fuerzas electromagnética y nuclear débil. El mismo tipo de idea se puede extender a otras partículas y fuerzas fundamentales. El campo de Higgs es por ello un elemento central del modelo estándar de la física de partículas.
Si el bosón de Higgs aparece en el LHC en los próximos años, la última pieza habrá encajado y el modelo estándar habrá recibido el espaldarazo definitivo. En caso contrario, habrá que modificar el modelo en sus fundamentos más básicos.
En la parábola, la "masa del protón" no es una sustancia que acompaña al protón en su desplazamiento: ahora son estos diez militantes y un segundo después son otros diez distintos. Pero siempre son diez, porque ése es el atractivo típico de la señora Thatcher. Por eso todos los protones tienen la misma masa.
Y también por eso las distintas partículas tienen diferentes masas: porque su atractivo para el campo de Higgs tiene distinta magnitud.
Brian Greene, físico teórico, lo ha explicado con una variante de la parábola de Miller en que los militantes tories son reemplazados por una turbamulta de paparazzi que esperan a la entrada de un estreno de Hollywood.
Si llega un coche y se baja Brad Pitt, los paparazzi se agregarán en torno a él y apenas le dejarán moverse: el actor habrá adquirido una gran masa. Pero si el que aparece es una vieja gloria de Hollywood de la que no se acuerda ni su agente artístico, los paparazzi le dejarán pasar sin apenas oponer resistencia. La masa de la vieja gloria será por tanto muy pequeña. Y uno puede imaginar todo un espectro de masas intermedias.
El bosón de Higgs es también un componente esencial de las actuales teorías sobre el origen del universo, conocidas genéricamente como "inflación cósmica" o "universo inflacionario". La inflación -el bang del big bang, en palabras de Greene- es una expansión cósmica rapidísima, más veloz que la velocidad de la luz, que según estos modelos ocurrió una fracción de segundo después del origen del cosmos.