Más allá de la partícula de Dios – Leon Lederman y Christopher Hill

A God Particle walks into a church and the priest says, ‘What are you doing here?’ and the Higgs boson replies, ‘You can’t have a mass without me.’

Es de sobra conocida la vocación de servicio público de La Página Definitiva para que sus lectores, que incluye incluso a alguna lectora, puedan presumir de estar enterados de las últimas tendencias en todos los campos del saber humano y puedan ligar sin dificultad. Así que después del repaso a las guerras del siglo pasado, al último grito de literatura BSDM y a la ciencia ficción clásica, llega el turno del bosón de Englert-Brout-Higgs-Guralnik-Hagen-Kibble, acortado impropiamente por el Pope de turno a bosón de Higgs y cariñosamente llamado la Partícula de Dios.

Todo el mundo recordará la gran repercusión mundial que alcanzó la presentación del Higgs, principalmente debida a que se compuso con el tipo de letra Comic Sans. Por lo tanto, cuando nos enteramos de que el que dió el nombre de la Partícula de Dios a ese bosón había publicado un libro, enviamos un drone a que asaltara una librería de Nueva York y nos lo trajera ipso facto.

Presentación del Higgs: OLA KE ASE!, en Comic Sans

Más allá de la partícula de Dios está escrito por el físico experimental Leon Lederman y el físico teórico Christopher Hill. Lederman fue director del Fermilab, un centro de EE.UU. que tuvo el acelerador de partículas más potente de su tiempo, y del que es actualmente director emérito. Lederman fue laureado con un premio Nobel en física, como no se cansan de repetir en sus libros: a ver, como que cualquiera que tuviera un premio Nobel, aunque fuera de Literatura o de la Paz, o incluso un pseudonobel de Economía no iba a pregonarlo cada vez que pudiera… bueno, si hasta hay quién presume de la cocina local con un Preparao a la Sidra.

En sus ratos libres, Lederman lee las manosresponde las dudas de física de los transeúntes

Lederman escribió, junto con el escritor Dick Teresi, The God Particle: If the Universe Is the Answer, What Is the Question? (Traducido por algún meapilas como La partícula divina) donde narran la historia de los descubrimientos científicos sobre los componentes fundamentales de la materia desde la época de la Grecia clásica hasta la actual, incluyendo anécdotas de la vida experimental de Lederman. El libro quería apoyar la construcción del gran acelerador estadounidense Súper Colisionador Superconductor, que estaba destinado a haber encontrado el bosón de Higgs, pero que por ahorrarse unos cuantos miles de millones de €, fue austerizado por el Congreso de los EE.UU. A cambio, Lederman popularizó el nombre de la Párticula de Dios para referirse al bosón de Higgs, para desesperación del propio Peter Higgs. Lo cierto es que el libro era muy entretenido y repleto de anécdotas [*]. Lederman seguro que se lo pasó en grande con la polémica generada y no rehuyó hacer chistes sobre el tema al declarar que su intención era titular el libro como The God-damn particle, pero que su editor no le dejó. La falta de enmienda estaba clara en escritos suyos posteriores:

Algunos autores incluso se han referido al bosón de Higgs como la “Partícula de Dios” debido al impacto profundo que tiene sobre nosotros y todo el universo.

Lederman siguió escribiendo libros divulgativos como Física cuántica para poetas o La simetría y la belleza del Universo, esta vez en compañia de Hill. En este último libro descubre cómo los físicos comparten ciertas características con los modernos cocineros: ambos se dedican a deconstruir la materia hasta llegar a sus esencias. Así, en la deconstrucción total de las leyes que gobiernan el mundo, los físicos percibieron que estas leyes estaban íntimamente relacionadas con las simetrías presentes, con la contribución clave de la matemática Emmy Noether. La conocida conservación de la energía es equivalente a decir que las leyes físicas son independientes del tiempo, es decir, que un sistema aislado se va a comportar exactamente igual hoy que mañana si las condiciones de partida son las mismas. La esencia de toda ley física fundamental es la simetría que encierra. Las discusiones de simetría van a estar presentes en cualquier libro que trate estos campos.

Después de que el Gran Colisionador de HardonesHadrones (Freud seguro que tendría que decir algo por esa fijación de los físicos en poner Súper y Gran en sus aparatos) del CERN encontrara por fin el bosón de Higgs, Lederman no ha podido resistirse a publicar Más allá de la Partícula de Dios. El libro se centra en divulgar las teorías de la física de partículas y de los instrumentos necesarios para investigarlas, dejando un tanto de lado las anécdotas tan punzantes que alegraban La partícula divina. Y ya de paso, los autores reciclan textos de sus libros anteriores.

Eso sí, a Lederman todavía le duele que no se construyera el Súper Colisionador Superconductor y en buena parte del libro nos intenta convencer que aunque los grandes aceleradores son caros, los estudios en los límites del conocimiento de la física han proporcionado muchas nuevas técnicas, como los rayos X, aplicaciones médicas basadas en positrones o incluso la Web, que a la postre han producido mucho más dinero vía impuestos que lo que costaron. No extraña así que la dedicatoria del libro vaya a sus conciudadanos que con sus tasas han soportado gentilmente la investigación básica.

La búsqueda del bosón de Higgs surge por una necesidad del Modelo Estándar, que es la teoría que explica actualmente cómo se comporta la materia más elemental. En el Modelo Estándar hay dos fuerzas fundamentales: por una parte está la Interacción Fuerte_ que es la que se encarga por medio de los gluones de mantener los quarks juntos, de forma que estos puedan formar protones y neutrones, y que a su vez agrupados formen los núcleos de los átomos. Luego está la Interacción Electrodébil que es la síntesis de dos fuerzas, la electromagnética y la débil, que se han comprobado que son dos manifestaciones de un mismo mecanismo. La interacción electromagnética es la que se genera por la atracción o repulsión de dos cargas eléctricas, quietas o en movimiento, y que mantiene los electrones cerca de los protones formando así los átomos y dando lugar a todas las propiedades químicas de la materia. Además, la partícula responsable de la interacción electromagnética es el fotón, que forma todas todas las radiaciones electromagnéticas como los rayos de luz. La interacción débil, que como dice su nombre es la menos intensa de las fuerzas que operan a distancias nucleares (es decir, sin considerar la gravedad), es crítica para que el Sol vaya quemando su hidrógenos y para que las supernovas exploten y puedan producir los átomos más pesados del Universo, como silicio, azufre, cloro, sodio…

Pues bien, las partículas elementales que forman la materia se ha comprobado que poseen una rotación intrínseca, cuyo giro visto con relación a su movimiento puede ser de izquierdas o de derechas (sí, señores, es la lucha de clases subatómicas). La interacción débil, como fuerza de orden subatómico, solo actúa con las partículas cuando son de izquierdas. En ese caso, toma las medidas correctivas pertinentes como desintegrarlas en las partículas portadoras de la fuerza débil, los bolsonesbosones W o Z. Por consiguiente, se considera que las partículas de izquierda acarrean una carga de clase débil y las de derecha, pues claramente no llevan ninguna carga, que acarrear es de pobres. Sin embargo, cuando una partícula de materia está quieta, aunque sigue girando, no está definido si es de izquierdas o de derechas, es más, por efectos subatómicos (cuánticos), se comprueba que un rato es de izquierdas, al otro de derechas, etc. (a esta oscilación se la llama Zitterbewegung, aunque Rosa Díez diría que es de UPyD y no lo sabe). Y aquí surge un problema, porque esto significa que cuando cambia de sentido de votogiro, además de poder sentir la acción de las interacción débil, está modificando su carga de clase débil, y esto por las leyes de conservación de la carga débil (también llamada de falta de movilidad subatómica), ¡no puede ser! Como ya se sabe, ante toda crisis llega la oportunidad, que en este caso fue aprovechada por Englert, Brout, Higgs, Guralnik, Hagen y Kibble que propusieron que cuando fuera necesario podría estar disponible un bosón -de Higgs- que compensara esta falta de carga para que las teorías previstas funcionaran bien. Pero es que además, del roce del bosón de Higgs con las partículas de la materia, surgiría de regalo la masa de estas últimas.

Una partícula de la materia, el muón que es un electrón que ha comido últimamente muchas hamburguesas, adquiere su masa al flirtear con los siempre dispuestos bosones de Higgs

Cualquier lector que no sea habitual de La Página Definitiva habrá quedado algo confuso, así que aprovechamos para darle la bienvenida al mundo cuántico, que realmente nadie entiende pero que a los estudiantes se les entrena para emplearlo en sus precisos cálculos.

El buen lector de La Página Definitiva por fin habrá entendido por qué el bosón de Higgs es la partícula de Dios: está presente en todo el espacio para dar masa a las partículas que componen la materia y de paso que no tengamos que rompernos el coco para buscar otro modelo. Sin embargo conviene aclarar que esta masa es solo una pequeña parte de la masa que estamos habituados a encontrar, que está principalmente en los núcleos de los átomos. Aplicando la psicología de la Gestalt a las partículas subatómicas, hay que decir el todo es mayor que la suma de sus partes, y en este caso, los componentes de los núcleos atómicos, protones y neutrones, adquieren la mayor parte de su masa no de la suma de la masa de sus elementos, los quarks, sino de la interacción de los quarks por medio de los gluones, los bolsonesbosones portadores de la Interacción Fuerte.

En el libro, Lederman y Hill también nos ilustran sobre los experimentos que se realizan para estudiar las partículas subatómicas, los aceleradores de partículas, que realmente son solo microscopios gigantes con los que accedemos a ver lo que sucede en distancias menores de 0,0000000000001 cm. También hacen campaña por el próximo proyecto estadounidense sobre física de partículas, el Proyecto X, que parece estar mejor definido para las partículas subatómicas que nuestro Partido X para sus posibles votantes. Este nuevo microscopio servirá para estudiar las partículas de materia más ligeras, los neutrinos, y procesos subatómicos raros, con el fin de observar si se encuentran efectos no previstos por el Modelo Estándar que permitan alumbrar una nueva física.

Porque lo que está claro en la física es que las teorías funcionan perfectamente en todos los experimentos que se han podido realizar… pero también se conoce que habría problemas para distancias mucho menores que las estudiadas actualmente, donde los efectos de la fuerza de la gravedad serían significativos. Y es que la gravedad es una teoría que todavía no se ha sabido incluir en el marco cuántico donde se desarrollan el resto de las interacciones. También es irónico que el bosón de Higgs sea capaz de dar masa al resto de partículas de la materia, pero que no sepamos de dónde saca su masa. Y si ya vamos al mundo de las distancias astronómicas, la Cosmología tiene grandes cuestiones sin resolver: ¿Por qué se generó más materia de antimateria? ¿Quién produjo la inflación cósmica? (No se han descartado a los sospechosos habituales: el espíritu de Hugo Chávez o Robert Mugabe) ¿Qué es la materia oscura de la que observamos su atracción gravitatoria pero que somos incapaces de verla? ¿Y qué es la energía oscura que acelera la expansión del Universo?

Para finalizar, algunas de las curiosidades que cuentan es que Wolfgang Pauli anunció la existencia del neutrino en una carta en la que se excusaba de la asistencia a una conferencia científica porque tenía que ir a un baile. Otra curiosidad es que Louis de Broglie escribió su tesis de 3 páginas que le sirvió para conseguir su doctorado (si llega a saber Manuel Cervera que con tres páginas bastaba, se hubiera ido a La Sorbona) y sacudir a las concepciones físicas que existían. Y cabe reseñar, que la mayoría de las entradas sobre física de partículas de la Wikipedia en inglés se pueden utilizar efectivamente como base para estos temas, como apuntan los autores.

En definitiva, el libro es un texto de divulgación que hace accesibles al gran público los últimos conocimientos adquiridos sobre las interacciones y partículas subatómicas, especialmente lo relativo al bosón de Higgs. Eso sí, a veces se pone un poco pesado en mostrarnos lo bueno y necesario que es la investigación en este campo, teniendo capítulos que parecen patrocinados por Fermilab.

[*] Es ilustrativa la anécdota que Lederman cuenta sobre Carlo Rubbia que fue director del CERN, el laboratorio europeo con el que compite el Fermilab y que ahora es un probe senador vitalicio italiano:

En la física hay muchos a quienes Carlo Rubbia les parece un científico de proporciones heroicas. Me tocó hacer su presentación antes de que pronunciase el discurso del banquete en una reunión internacional en Santa Fe con una asistencia notable. (Fue después de que hubiese ganado el premio Nobel por haber hallado el W y el Z.) Le presenté con un cuento.

En las ceremonias del Nobel en Estocolmo, el rey Olaf coge a Carlo y se lo lleva aparte, y le dice que hay un problema. Por culpa de una chapuza, sólo se dispone ese año de una medalla. Para determinar qué laureado se merece el oro, el rey ha dispuesto tres tareas heroicas, a afrontar en tres tiendas levantadas en el campo, a la vista de todos. En la primera, se le dice a Carlo, encontrará cuatro litros de slivovitz muy destilado, el brebaje que ayudó a disolver Bulgaria. El tiempo asignado paras bebérselo todo es de ¡20 segundos! En la segunda tienda hay un gorila que lleva tres días sin comer y sufre de la muela del juicio. La tarea: sacársela. Tiempo: 40 segundos. La tercera tienda oculta a la cortesana más consumada del ejército iraquí. La tarea: satisfacerla por completo. Tiempo: 60 segundos.

Cuando se dispara la pistola de salida, Carlo se mete en la primera tienda. Todos le oyen tragar y en 18,6 segundos, se muestran triunfalmente cuatro botellas vacías de slivovitz. Sin perder el tiempo, el mítico Carlo corre a la segunda tienda, y de allí salen unos rugidos enormes, ensordecedores, que todos oyen. Luego reina el silencio. Y en 39,1 segundos sale dando tumbos, se tambalea hasta el micrófono y pide: “Muy bien, ¿dónde está el gorila con el dolor de muelas?”.

El público, quizá porque el vino del congreso corría con generosidad, se desternilló. Por último presenté a Carlo, y cuando pasó junto a mí camino del atril, me susurró: “No lo he cogido. Explícamelo luego”.

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