Carroll - La partícula al final del universo: del bosón de Higgs al umbral de un nuevo mundo

Del bosón de Higgs al umbral de un nuevo mundo

Traducción de

Marcos Pérez Sánchez

www.megustaleerebooks.com

Para mi madre,
que me llevaba a la biblioteca

La gente subestima el impacto que una nueva realidad puede tener.

J OE I NCANDELA , portavoz del experimento CMS

en el Gran Colisionador de Hadrones

JoAnne Hewett siente vértigo, pero no deja de sonreír ni por un momento mientras habla entusiasmada ante una cámara de vídeo. Los asistentes a la fiesta en el consulado suizo de San Francisco hacen mucho ruido. La ocasión es muy especial: celebran que los primeros protones han empezado a circular por el túnel subterráneo del Gran Colisionador de Hadrones (LHC, Large Hadron Collider), a las afueras de Ginebra; un enorme acelerador de partículas situado en la frontera entre Francia y Suiza que ha comenzado su andadura para desentrañar los secretos del universo. Corre el champán, y no es de extrañar. La voz de Hewett se eleva enfática: «Llevo esperando este día vein-ti-cin-co años».

Es un momento importante. A estas alturas, en 2008, los físicos por fin han obtenido lo que llevaban tanto tiempo pidiendo para dar el siguiente gran paso adelante: un acelerador de partículas gigante que haga chocar entre sí protones de muy alta energía. Hubo un tiempo en que pensaron que lo construiría Estados Unidos, pero las cosas no salieron como se esperaba. Hewett estaba empezando su doctorado, en 1983, cuando el Congreso estadounidense aprobó la construcción en Texas del Supercolisionador Superconductor (SSC, Superconducting Super Collider). Estaba previsto que entrase en funcionamiento antes del año 2000, y habría sido el mayor colisionador jamás construido. Hewett, como tantos otros físicos brillantes y ambiciosos de su generación, pensaba que los descubrimientos que se realizarían en él constituirían los cimientos de sus carreras como investigadores.

Pero el SSC se canceló, lo que supuso una tremenda decepción para los físicos que confiaban en que serviría para marcar la dirección en que su disciplina evolucionaría en las décadas venideras. La política, la burocracia y las luchas internas lo impidieron. Ahora, el LHC, similar en muchos sentidos a como habría sido el SSC, está a punto de ponerse en marcha por primera vez, y Hewett y sus colegas están más que preparados para ello. «Durante los últimos veinticinco años, me he dedicado a tomar cualquier teoría que se propusiese, por disparatada que fuera, y calcular su signatura (la manera en que identificamos nuevas partículas) en el SSC o en el LHC.»

Existe otra razón más personal para explicar el vértigo que siente ahora Hewett. En el vídeo, lleva el pelo muy corto, casi rapado al cero. No es por capricho: unos meses antes, le diagnosticaron un cáncer de mama invasivo, y tenía alrededor de un 20 por ciento de probabilidades de que fuese terminal. Optó por un tratamiento muy agresivo, que incluía duras sesiones de quimioterapia y una sucesión en apariencia interminable de operaciones. Su característica melena pelirroja, que normalmente le caía hasta la cintura, desapareció enseguida. Había veces, reconoce entre risas, en que para mantener la moral alta pensaba en las nuevas partículas que encontrarían en el LHC.

JoAnne y yo nos conocemos desde hace años, somos colegas y amigos. Mi experiencia profesional se limita principalmente a la cosmología, el estudio del universo en su conjunto, un campo que ha entrado recientemente en una era dorada de datos nuevos y descubrimientos sorprendentes. La física de partículas, que, como disciplina intelectual, ha acabado siendo inseparable de la cosmología, sin embargo ha echado en falta nuevos resultados experimentales que sacudiesen el panorama teórico y nos permitiesen avanzar hacia nuevas ideas. La presión ha ido aumentando desde hace mucho tiempo. A otro de los físicos que asiste a la fiesta, Gordon Watts, de la Universidad de Washington, le preguntaron si la larga espera hasta la llegada del LHC había sido estresante. «Sí, totalmente. Mi mujer dice que este mechón de pelo gris que tengo es culpa de mi hijo, pero en realidad es por el LHC.»

La física de partículas está a punto de entrar en una nueva era, en la que algunas teorías se derrumbarán con estrépito y quizá se confirme que alguna de ellas es correcta. Cada uno de los físicos que está en la fiesta tiene su propio modelo favorito: bosones de Higgs, supersimetría, tecnicolor, dimensiones adicionales, materia oscura, una amplia variedad de ideas exóticas con repercusiones fantásticas.

«Lo que espero es que el LHC no encuentre “ninguna de las anteriores” —dice Hewett con entusiasmo—. Sinceramente, creo que va a ser una sorpresa, porque la naturaleza es más inteligente que todos nosotros y aún nos reserva unas cuantas sorpresas. Vamos a disfrutar de lo lindo tratando de entenderlo todo. ¡Va a ser estupendo!»

Pero eso fue en 2008. En 2012, la fiesta en San Francisco para celebrar la inauguración del LHC ha terminado, y la era de descubrimientos ya ha dado comienzo oficialmente. Su melena ha resurgido. El tratamiento fue agotador, pero parece que ha dado resultado. Y el experimento que llevaba toda su carrera esperando está haciendo historia. Tras dos décadas y media dedicada a la teoría, sus ideas por fin se están poniendo a prueba con datos reales, de partículas e interacciones que el ser humano nunca antes había visto, sorpresas que la naturaleza nos había estado reservando… Hasta ahora.

Demos un salto en el tiempo hasta el 4 de julio de 2012, jornada inaugural de la Conferencia Internacional sobre Física de Altas Energías. Es una reunión bianual, que se celebra cada vez en una ciudad diferente. Este año tiene lugar en Melbourne, en Australia. Cientos de físicos de partículas, incluida Hewett, llenan el auditorio principal para asistir a un seminario especial. Toda la inversión realizada en el LHC, todas las expectativas que se han creado a lo largo de los años, están a punto de dar sus frutos.

El seminario se retransmite desde el CERN, el laboratorio en Ginebra donde está ubicado el LHC. Hay dos presentaciones, que en otras circunstancias se habrían celebrado en Melbourne como parte del programa de conferencias. Pero, en el último minuto, los poderes fácticos decidieron que un momento de tal trascendencia se debía compartir con todas las personas que habían contribuido al éxito del LHC. El gesto era de agradecer: cientos de físicos hicieron cola en el CERN durante horas para poder asistir a las conferencias, cuyo inicio estaba previsto a las nueve de la mañana, haciendo noche con sus sacos de dormir para tratar de conseguir un buen sitio.

Rolf Heuer, director general del CERN, se encarga de presentar a los conferenciantes: el físico estadounidense Joe Incandela y la física italiana Fabiola Gianotti, portavoces de los dos grandes experimentos que recopilan y analizan los datos del LHC. En cada uno de los experimentos colaboran más de tres mil físicos, la mayoría de los cuales están pegados a las pantallas de sus ordenadores en diversos rincones del planeta. El acontecimiento se está retransmitiendo en directo por internet, no solo a Melbourne, sino para todo aquel que, en cualquier lugar del mundo, quiera conocer los resultados en tiempo real. Es el medio apropiado para esta celebración de la Gran Ciencia moderna: un proyecto internacional con mucho en juego y que promete ofrecernos recompensas estimulantes.

En las palabras tanto de Gianotti como de Incandela queda patente cierta tensión nerviosa, pero las presentaciones hablan por sí solas. Ambos ofrecen su sincero agradecimiento a todos los ingenieros y científicos que han contribuido a hacer posibles los experimentos. A continuación, explican en detalle por qué habríamos de confiar en los resultados que están a punto de presentar, dejando patente que entienden cómo funcionan sus aparatos y que el análisis de los datos es preciso y fiable. Solo después haber preparado meticulosamente el escenario nos revelan lo que han averiguado.