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cedetraEl Mundo, febrero 10 de 2015
Por: Antonio Pich Zardoya, catedrático de Física Teórica y coordinador del Centro Nacional de Física de Partículas, Astropartículas y Nuclear

Los primeros dos años de funcionamiento del Gran Colisionador de Hadrones (LHC, por sus siglas en inglés) del CERN culminaron con un gran éxito científico: el descubrimiento del bosón de Higgs. Una hipótesis teórica, formulada en 1964 para poder entender las masas de los constituyentes elementales de la materia, se confirmaba como un ingrediente tangible del mundo real. El bosón de Higgs tiene para la física una relevancia equiparable a la que tuvo el descubrimiento del ADN en biología o la evidencia de la estructura atómica y molecular en química. Desde el punto de vista tecnológico ha supuesto un hito comparable a la llegada del hombre a la Luna, pero sus repercusiones científicas son mucho más importantes.

Al descubrir el bosón de Higgs, hemos confirmado la existencia de un nuevo campo de fuerzas, de naturaleza distinta a los cuatro que ya conocíamos (electromagnético, fuerte o nuclear, débil y gravitatorio). Al igual que la interacción electromagnética se transmite mediante el intercambio de fotones, el bosón de Higgs es el mediador del «campo de Higgs», un campo de fuerzas que impregna todo el espacio-tiempo, frenando el movimiento de las partículas que interactúan con él y generando por tanto su masa. A diferencia de las otras cuatro fuerzas, el campo de Higgs no puede ser polarizado; es un campo escalar (sin espín) con los mismos números cuánticos que el vacío físico.

Tras una larga parada técnica, el LHC inicia de nuevo su funcionamiento dentro de unas semanas, colisionando haces de protones con casi el doble de energía (13 TeV) de la que tenían anteriormente y mayor intensidad. El estudio detallado del campo de Higgs será, obviamente, una de sus prioridades. ¿Existe un único bosón de Higgs con las propiedades predichas por la Teoría Estándar, o hemos descubierto el primer miembro de una nueva familia de partículas escalares? Muchos modelos de nueva física contienen campos adicionales. En particular, en las teorías supersimétricas, todas las partículas elementales que conocemos (incluyendo el Higgs) tienen parejas con distinto espín que no deberían ser mucho más pesadas; la búsqueda en el LHC de estas hipotéticas partículas supersimétricas puede confirmar o refutar su existencia. Otra posibilidad alternativa es que el bosón de Higgs esté compuesto por constituyentes elementales todavía no descubiertos; un nivel de subestructura adicional que daría lugar a nuevas formas de materia.

El LHC puede también clarificar dos grandes misterios de nuestro Universo, estrechamente relacionados con el concepto de masa. Por un lado, y a pesar de que materia y antimateria obedecen leyes físicas similares, no hay apenas antimateria en el Universo observable. Este hecho parece estar relacionado con la existencia de tres réplicas de todos los constituyentes elementales, que solo se diferencian entre sí por su masa, es decir, por su interacción con el campo de Higgs. El estudio detallado del quark top, la partícula elemental más pesada conocida, y de su correspondiente antiquark, puede aportar información muy valiosa. Otro enigma candente es la naturaleza de la llamada «materia oscura», de la cual tenemos muchas evidencias astrofísicas. La materia que conocemos solo representa el 5% de la masa del Universo, mientras que un 21% parece corresponder a una forma distinta de materia que no emite radiación electromagnética (el resto es «energía oscura», algo mucho más misterioso y desconocido). Si la energía disponible es suficiente, el LHC podría producir los constituyentes de la «materia oscura» y permitirnos estudiar sus propiedades.

Durante los próximos años el LHC, una auténtica maravilla tecnológica, explorará qué hay más allá de las fronteras actuales del conocimiento. Empieza una etapa apasionante de investigación científica, en la que el bosón de Higgs puede ser una ventana a nuevos fenómenos de naturaleza insospechada.