El portal Fantasymundo me comentó si podía responder a algunas preguntas relacionadas el estado de la física de partículas y de los resultados del CERN. Especialmente que aportaría el descubrimiento del bosón de Higgs a este campo. He querido compartir aquí también algunas de las preguntas y respuestas, la entrevista completa la podéis encontrar en fantasymundo.
Alejandro Serrano: Parte de la audiencia de Fantasymundo se emocionó cuando el CERN desveló el descubrimiento de un bosón compatible con la teoría de Higgs y compartimos el anuncio con ellos, tras seguir la conferencia de prensa a través del vídeo. Sin embargo, el público en general permanece impasible cuando oye hablar del descubrimiento. ¿Qué les diría sobre su importancia y futuras implicaciones, tanto en física de partículas como en la vida diaria?
Para la física de partículas es el descubrimiento más esperado de los últimos 20 años. El Modelo Estándar (ME) de física de partículas es la teoría que describe las interacciones (fuerzas) entre las partículas. Nos dice como un electrón interacciona con otro o como lo hace con un fotón. Esta teoría es impresionantemente precisa. El Nobel de física Richard Feynman, hablando de la precisión hasta la que se ha llegado a comprobar el modelo, dijo que “era equivalente a medir la distancia de Los Ángeles a Nueva York, unas 3.000 millas, con una precisión mayor que la anchura de un cabello humano”. Esto lo comentaba de la medida del momento anómalo del electrón (g-2). A pesar de esto sabemos que aún no es la teoría final.
Todos los elementos de esta teoría habían sido descubiertos. Sólo faltaba una pieza para completar el puzle. El Modelo Estándar predice las interacciones e incluso (hasta cierto punto) el número de partículas distintas que componen el universo, pero no nos decía porqué las partículas tenían masa. Aquí es donde es importante el bosón de Higgs. El mecanismo de Brout-Englert-Higgs, normalmente asociado simplemente a Peter Higgs, introducido en la teoría a finales de los años 60, es el mecanismo capaz de dotar de masa a las partículas. El mecanismo nos predice además la existencia de una partícula, el bosón de Higgs. Por esto era tan importante encontrar el bosón de Higgs, sin esta partícula la teoría era incompleta. Con este descubrimiento se completa la teoría y nuestro conocimiento, aún incompleto, del universo. Nos quedan preguntas abiertas que no es capaz de responder el Modelo Estándar.
Para la vida diaria el efecto no es apreciable, al menos no a corto plazo. Es difícil predecir qué es lo que nos traerá este descubrimiento, como tampoco sería fácil decir para qué servía el descubrimiento del electrón o de la física cuántica (por poner un par de ejemplos). Hoy no podríamos vivir si no se hubieran producido, toda la electrónica que nos rodea está basada en esos primeros descubrimientos.
http://youtu.be/W4G-N2dafow
Alejandro Serrano: En el experimento LHCb ha observado por primera vez de forma directa la ruptura de la simetría CP en las desintegraciones del mesón Bs, tras la predicción de Kobayashi y Maskawa (ambos Premio Nobel de Física en 2008), lo que podría abrir la puerta para explicar por qué, tras el Big Bang, se rompió la simetría entre materia y antimateria y la primera predominó sobre la segunda. Por otra parte, tenemos el nuevo bosón ¿Cree que estos descubrimientos encajarán bien dentro del Modelo Estándar de Física de Partículas –incluso pueden ampliarlo sobre las mismas bases- o estamos ante un nuevo camino, una nueva física?
José Enrique García: Ambos descubrimientos son consistentes con las predicciones del Modelo Estándar. CP no es una simetría absoluta, en ciertos sistemas no se conserva. La violación de CP ya se descubrió en los años 60 en el sistema de kaones. Esta ha sido la primera vez que se ha medido de forma directa. A mediados del año pasado también se observó por primera vez la violación de la invariancia temporal (T). Si CP no se conserva para que CPT sí que se conserve, T no debería ser una simetría absoluta. Los descubrimientos, por suerte o no, están bastante bien enmarcados dentro del ME.
Alejandro Serrano: Desde el anuncio inicial, ¿ha habido novedades sobre el bosón descubierto?
Las últimas novedades se han presentado en la conferencia de Moriond (una de las más importantes del año para los físicos). El bosón se parece cada vez más al bosón de Higgs del Modelo Estándar. Las nuevas medidas parecen confirmar que el espín es cero y que la señal coincide con la que se predice dentro del Modelo Estándar. El miércoles (14/03) el CERN hizo un comunicado confirmando que la nueva partícula es un bosón de Higgs. Para obtener más noticias tendremos que esperar a las conferencias de verano donde veremos los últimos resultados con datos del 2012 de las propiedades del bosón.
Alejandro Serrano: Buscan indicios de confirmación de dimensiones extra, como postula la Teoría de las Supercuerdas, nuevas partículas elementales, avances en supersimetría,… ¿Son optimistas al respecto, creen que el LHC logrará llevarnos a través de nuevas sendas y descartará o confirmará teorías aún en fase temprana de desarrollo?
El hecho de que el bosón de Higgs tenga una masa relativamente pequeña apuntaría a que debería haber nueva física a escala alcanzable en LHC (nuevas partículas con masas del orden del TeV). Uno de los puntos clave para encontrar estos nuevos procesos es la estadística. Este tipo de procesos tienen poca probabilidad con lo que es necesaria mucha estadística. El LHC que emergerá después de la parada técnica, no sólo tendrá una energía mayor, sino que la intensidad también lo será. Sólo de esta forma se podrá confirmar o no las teorías que incluyen dimensiones extra o la Supersimetría.
Alejandro Serrano: ¿El descubrimiento del bosón compatible con la teoría de Higgs podría decirnos algo sobre la materia y la energía oscuras o sobre el origen de la masa de los neutrinos? ¿En qué estado está ahora mismo el conocimiento de estos dos misterios?
Un bosón de Higgs compatible con el Modelo Estándar (ME) nos confirmaría las predicciones del modelo, y los ejemplos citados son algunas de las respuestas que el Modelo Estándar no es capaz de explicar. Estos, junto con otros como la relación materia-antimateria, son los problemas no resueltos de la física, y la razón por la que los físicos buscan, diría casi desesperadamente, una nueva teoría que englobando al Modelo Estándar sea capaz de responder a las preguntas.
En algún momento deberíamos encontrar medidas que no se correspondan con lo predicho por el Modelo Estándar y nos indiquen la dirección de la teoría correcta (cuerdas, dimensiones extra, ???). Se están realizando medidas de precisión con el fin de comprobar los limites de validez del Modelo Estándar y algunas parecen apuntar a desviaciones respecto a él (como la reciente en el sistema de mesones B vista por Babar) pero aún no se ha conseguido llegar a un resultado con estadística suficiente para que no se pueda atribuir a una fluctuación estadística.
Alejandro Serrano: ¿Hay previsto un acelerador europeo más potente que el LHC? ¿será necesario a medio o largo plazo?
Se está hablando de un nuevo LHC que tendría mucha más energía, entre 26 y 33 TeV, tres o cuatro veces la energía actual. Según los expertos en aceleradores es lo máximo que se podría hacer con el túnel actual, de 27 km de circunferencia. Este proyecto se llama HE-LHC (por High Energy LHC). Se construiría cuando el LHC deje de funcionar, alrededor del 2025.
Pero para ello habría que conseguir unos imanes con un campo magnético de 16-20 Teslas, más del doble de los actuales (8.3 Teslas). Este sería uno de los grandes retos de este nuevo acelerador HE-LHC. Aunque existen otros retos que habría que superar como la radiación sincrotrón que siendo 20 veces mayor que para el LHC se convertiría en un problema para la criogenia. Además los aceleradores ‘auxiliares’ que sirven para acumular y acelerar los protones antes de ser introducidos en el acelerador principal (LHC) tendrían que sufrir grandes reformas y mejoras para conseguir esta energía. Aunque en estos momentos de crisis parece mas bien una utopía.
Alejandro Serrano: ¿Cuál es la naturaleza de la gravedad y cuál podría ser –si nos ponemos a especular- a tenor del descubrimiento sobre el bosón compatible con la teoría de Higgs? ¿el gravitón podría ser algo más que una entelequia teórica, hay razones para creer que llegaremos a descubrirlo?
La gravedad (Relatividad General) y el Modelo Estándar de la física de partículas son dos teorías comprobadas con precisión extraordinaria. Ambas funcionan por separado, pero aún no se ha conseguido unificarlas. Cuantizar la gravedad ha demostrado ser una empresa difícil, la teoría de cuerdas sería una candidata como “teoría del todo”. El gravitón está predicho por esta teoría, pero que se pueda llegar a observar el gravitón es algo más difícil. Si el gravitón tiene acoplamientos con otras partículas (algunas versiones de dimensiones extra los predicen) sería incluso posible observarlo en LHC.
Pero si el descubrimiento del nuevo bosón se ha hecho esperar muchos años, la interacción del gravitón, siendo mucho más débil, hace su descubrimiento muchísimo más difícil. Por el momento lo que sí se ha conseguido medir son las ondas gravitacionales, de manera indirecta, analizando sistemas de púlsares binarios. Se pueden considerar estas ondas como estados coherentes de gravitones, pero la detección del gravitón como partícula aun queda lejos.
Alejandro Serrano: ¿Podría citar los dos retos más apasionantes cara al futuro del CERN según su opinión, aparte del bosón?
El descubrimiento del bosón de Higgs era y es uno de los objetivos principales del LHC. Queda mucho por estudiar de este bosón, sus propiedades son muy importantes ya que nos dirán en qué teoría se le puede enmarcar. Aunque hasta ahora parece que cumple todos los requisitos para ser el bosón de Higgs descrito por el Modelo Estándar, es posible que no sea exactamente ese. La medida de las propiedades es uno de los objetivos del acelerador cuando vuelva a ponerse en funcionamiento en 2015.
Pero lo más emocionante es lo desconocido ¿se podrán observar partículas predichas por dimensiones extra, supersimetría, algún modelo más exótico,…? Eso sería lo más emocionante, encontrar partículas que empiecen una nueva revolución de la física y que nos den información para que seamos capaces de responder a las preguntas que el Modelo Estándar no es capaz de responder. Esto podría estar al alcance del LHC.
Entrevista sobre física de partículas en "Fantasymundo",