Extractos de Ciencia

Alberto Ruiz Jimeno
Instituto de Física de Cantabria (CSIC-UC)
Santander

El 4 de Julio, se cumplieron ya ocho años desde que anunciamos, en el CERN, el descubrimiento del bosón de Higgs en el gran acelerador de hadrones LHC.

Ese día significó, para la sociedad, un momento decisivo en el conocimiento de las propiedades íntimas de nuestro Universo, de nosotros mismos. Para los científicos, que llevábamos ya muchos años detrás de este descubrimiento y tras dos años de enorme trabajo colaborativo e internacional en el LHC, suponía un punto de inflexión en nuestra actividad y una dirección clara a seguir en nuestro trabajo futuro.

Traigo a colación este tema de enorme interés científico, no solo por lo festivo que supone un aniversario para todos, sino por una gran noticia que ha sido difundida en estos días: el grupo preparatorio de la estrategia europea en física de partículas ha expresado su alta prioridad en promover la construcción de una factoría de Higgs, basada en colisiones de materia y antimateria leptónica, de electrones contra positrones. Y además algo muy importante, que de modo personal me motiva, tras muchos años trabajando en esa dirección: si Japón decide construir esa factoría de Higgs, el Colisionador Lineal Internacional (ILC) , en tiempo adecuado (diríamos comenzar la misma a finales de esta década), Europa colaborará en el desarrollo de la misma.

Hay muchos temas juntos aquí, a saber, Higgs, factoría, colisionador lineal, leptones, que conviene aclarar, aunque sea de forma resumida.

Del Higgs parece que ya sabemos mucho, pues es muy mediático, desde su descubrimiento. No es así, nos queda mucho por conocer y esa es la razón por la que necesitamos construir una factoría de producción de bosones de Higgs.

Solo diré del Higgs que debemos distinguir el campo de Higgs del bosón de Higgs. El bosón es un mensajero del campo, es su “cuanto”. Este campo de Higgs es algo inherente a nuestro Universo, podríamos decir que está en todo el espacio-tiempo del mismo y, gracias a su existencia, las partículas elementales de la materia (los quarks, los leptones y algunos bosones) adquieren su masa por su interacción con el mismo. Que dote de masa a los quarks (los constituyentes de los núcleos de los átomos) y a los electrones no quiere decir que la masa de los átomos sea debido al campo de Higgs, ese es un error común en la divulgación del mismo. De hecho, la masa de los átomos es debida, fundamentalmente, a la energía potencial nuclear.

Así que, debo decir que, aunque la palabra energía nuclear nos suele asustar, nuestra propia masa es energía nuclear, curioso, ¿verdad?

Una factoría es una máquina capaz de producir grandes cantidades de su objeto de producción. En el caso de las factorías de Higgs, se trata de producir una gran cantidad de bosones de Higgs útiles, es decir claramente distinguibles de otras partículas que se producen en enormes cantidades y simulan las propiedades del bosón de Higgs. El LHC produce enormes cantidades de bosones de Higgs, pero es muy difícil separar los buenos candidatos de otras partículas más “mundanas” ya conocidas muy bien. Esto es característico de los colisionadores de hadrones (los protones son un ejemplo de hadrones que se caracterizan por estar compuestos de quarks y gluones); por ejemplo, el LHC, un colisionador de protones contra protones, en los que los sucesos de interés de producción del bosón de Higgs contienen mucho “ruido” de otras partículas, que dificultan enormemente la selección de los buenos candidatos.

Por ello se ha pensado en las factorías leptónicas, como es el caso de los colisionadores electrón-positrón (ambos son leptones, que procede del griego “fino”), donde toda la energía de la colisión se aprovecha en la producción y da sucesos “limpios”, mucho más fáciles de seleccionar y analizar.

Entre los estudios de futuras factorías de Higgs, la que está más avanzada, técnicamente, es el Colisionador Lineal Internacional (ILC), un proyecto en el que venimos trabajando, desde hace más de quince años, varios grupos de todo el mundo. Su construcción está prevista para finales de esta década, si el gobierno japonés da luz verde al proyecto, lo cual se espera que tenga lugar en un plazo inferior a dos años aproximadamente.

El empuje por parte de Europa, con su estrategia recientemente publicada, y de USA, además de varios países de todo el mundo, da una cierta seguridad al proyecto, que esperemos vea la luz dentro de unos años.

El ILC será un colisionador lineal, en lugar de circular, como el LHC. Ello tiene la ventaja de evitar las pérdidas de energía que sufren las partículas cargadas al girar en el perímetro circular del acelerador, pérdida que es proporcional a la cuarta potencia del cociente entre la energía y la masa de las partículas. Este hecho limita la energía máxima que se puede conseguir en un acelerador circular.

Extractos de Ciencia: Cumpleaños del bosón de Higgs

El ILC tendrá una longitud en torno a 35 Km y podría incrementarse para aumentar la energía de los haces. La tecnología escogida se basa en cavidades aceleradoras superconductoras de radiofrecuencia. Se han formado dos colaboraciones internacionales, con sendos proyectos de grandes detectores, donde utilizaremos la tecnología más moderna de detección y análisis de las colisiones.

Si bien en el año 2012 anunciamos el descubrimiento del bosón de Higgs, basándonos en unas pocas decenas de sucesos candidatos, rodeados de una enorme cantidad de “ruido”, en el ILC esperamos poder analizar decenas e incluso centenas de miles de bosones de Higgs, limpios. Con ello podremos estudiar, con enorme precisión, sus propiedades internas, como se acopla al resto de las partículas elementales y, de este modo, comprender mejor el Universo y encontrar pistas, o incluso descubrimientos, que nos indiquen cómo resolver sus grandes misterios: la materia oscura, la asimetría entre materia y antimateria, …Estos estudios complementarán los que ya estamos haciendo en el LHC, porque conjuntamente se adquiere un valor añadido muy importante.

El conocimiento no tiene fronteras y es la base del progreso. El recuerdo del descubrimiento del bosón de Higgs, en 2012, me lleva al recuerdo del descubrimiento del electrón, en 1897. Tuvieron que pasar cincuenta años para que se lograse el descubrimiento del transistor, en 1947, y naciese la electrónica actual, que ha modificado nuestras vidas; sin el descubrimiento del electrón y sus estudios posteriores, esto no hubiera sido posible. Quizás no tengamos que esperar cincuenta años para que haya una revolución tecnológica derivada del descubrimiento del bosón de Higgs. En todo caso, no hay nada más humano que el avance del conocimiento básico de nuestro Universo.