El CERN detecta una partícula que podría ser el bosón de Higgs

El Laboratorio Europeo de Física de Partículas (CERN) en Ginebra (Suiza) acaba de anunciar el hallazgo de una nueva partícula que podría corresponder al bosón de Higgs, también conocido como “partícula divina”.

“Observamos en nuestros datos claros signos de una nueva partícula, con un nivel de confianza estadística de 5 sigma (superior al 99,99994%), en la región de masas de alrededor de 126 GeV. El excepcional funcionamiento del Gran Colisionador de Hadrones (LHC) y ATLAS, y los enormes esfuerzos de mucha gente, nos han llevado a esta emocionante etapa”, ha asegurado la portavoz del experimento ATLAS, Fabiola Gianotti, que añade: “pero se necesita un poco más de tiempo para preparar estos resultados para su publicación”.

El portavoz del experimento CMS, Joe Incandela, explica: “Los resultados son preliminares, pero la señal de 5 sigma alrededor de 125 GeV que estamos viendo es dramática. Es realmente una nueva partícula. Sabemos que debe ser un bosón y es el bosón más pesado jamás encontrado”.

Para Incandela, “las implicaciones son muy significativas y es precisamente por esta razón por lo que es preciso ser extremadamente diligentes en todos los estudios y comprobaciones”.

Los resultados presentados hoy, considerados preliminares, se basan en datos recopilados en 2011 y 2012, parte de los cuales aún se encuentra bajo análisis y cuya publicación en revistas científicas se espera para finales de julio.

Arrojar luz sobre los misterios del universo

El siguiente paso será determinar la naturaleza precisa de la partícula y su importancia para la compresión del universo. El Modelo estándar de física de partículas considera que las partículas elementales son aquellas a partir de las cuales se compone cualquier objeto visible del universo, así como las fuerzas que actúan sobre ellos.

Sin embargo, toda esta materia sólo representa un 4% del total. Una versión “exótica” de la partícula de Higgs podría suponer un puente hacia la comprensión del 96% restante, que permanece en la oscuridad.

La identificación de las características de la nueva partícula requerirá una considerable cantidad de tiempo y datos. Sin embargo, para el director general del CERN, Rolf Heuer, “hemos alcanzado un hito en nuestro entendimiento de la naturaleza, el descubrimiento de una partícula consistente con el bosón de Higgs abre el camino a estudios más detallados, que requieren más estadística. Estos trabajos concretarán las propiedades de la partícula y probablemente arrojarán luz sobre otros misterios de nuestro universo”.

Participación española

España es uno de los principales contribuyentes al CERN, ascendiendo su aportación al 8,11% del total de las aportaciones para el ejercicio 2012.

La participación de los grupos de investigación españoles en el LHC cuenta también con el apoyo del Ministerio de Economía y Competitividad, a través del Programa Nacional de Física de Partículas y del Centro Nacional de Física de Partículas, Astropartículas y Nuclear (CPAN), proyecto Consolider‐Ingenio 2010.

Los investigadores españoles, además de diseñar y construir varios subdetectores clave en la búsqueda de nuevas partículas en el LHC, participan de forma destacada en su operación y mantenimiento, así como en la recogida, procesado y análisis de las colisiones producidas en los experimentos.

Desde la puesta en marcha del detector ATLAS, donde participan más de 3.000 científicos de 176 instituciones procedentes de 38 países, investigadores del Instituto de Física Corpuscular (centro mixto del CSIC y la Universidad de Valencia), el Instituto de Física de Altas Energías (consorcio entre la Generalitat de Catalunya y la Universidad Autónoma de Barcelona), el Instituto de Microelectrónica de Barcelona (CSIC) y la Universidad Autónoma de Madrid participan en la operación y mantenimiento de los detectores, con una fuerte presencia en las actividades de alineamiento y calibración.

Dentro del amplio programa de investigación del LHC, los grupos españoles en ATLAS participan en un gran número de líneas de investigación en el análisis de los datos, que cubren muchos de los temas más interesantes del programa del LHC. En particular, en el caso de la búsqueda del bosón de Higgs del Modelo Estándar los grupos han estudiado diferentes estados finales, resultado de la desintegración de la partícula de Higgs en dos fotones, dos leptones taus, dos quarks bottom y dos bosones Z o W.

En CMS, donde participan 3.275 científicos de 179 institutos en 41 países, están presentes los grupos experimentales del Centro de Investigaciones Energéticas, Medioambientales y Tecnológicas, Instituto de Física de Cantabria (centro mixto del CSIC y la Universidad de Cantabria), la Universidad de Oviedo y la Universidad Autónoma de Madrid, donde ocupan responsabilidades en la operación y mantenimiento de los detectores, así como en técnicas de alineamiento básicas para obtener datos de calidad.

Al igual que en el caso de ATLAS, la participación de los grupos españoles en actividades de análisis en CMS está muy diversificada. Todos los grupos participan activamente en la búsqueda del bosón de Higgs. Destaca la participación en el análisis del canal de desintegración del bosón de Higgs en bosones WW, así como en canales asociados a la desintegración en bosones ZZ.

Los pasos hacia Higgs

Según publica el periódico Le Monde, de confirmarse el hallazgo, el bosón de Higgs sería la primera partícula elemental descubierta desde el año 1994 (entonces fue el quark cima o Top Quark, y el hallazgo se produjo en el Fermilab).

Desde entonces, la búsqueda del bosón de Higgs ha dado varios pasos. En 2004, el CERN informó en Nature de que podría haberse detectado la así llamada “partícula divina” o bosón de Higgs en dichas instalaciones.

Según declaró entoncesel físico de Oxford, Peter Renton, existía "cierta evidencia de que el bosón de Higgs ha sido detectado en el curso de unos experimentos realizados en el año 2000 en el colisionador de partículas LEP, que se encuentra en el CERN de Ginebra, si bien la detección no puede considerarse todavía definitiva”.

Por otro lado, en 2007, el acelerador de partículas más potente del mundo entonces, el Tevatron, perteneciente al Fermi National Accelarator Laboratory (Fermilab) de Chicago, logró medir de la manera más precisa hasta la fecha la masa de una partícula subatómica llamada bosón W, una de las mediadoras de la llamada interacción nuclear débil.

Dado que se cree que la masa de este bosón W está directamente relacionada con la del bosón de Higgs, los especialistas del Fermilab afirmaron haber acotado el espacio energético donde se encontraría la “partícula divina”.

La detección del bosón W se repitió en el LHC de Ginebra en 2010, sólo un mes después de su entrada en funcionamiento.

Ya este año, el pasado dos de julio, un equipo de físicos del acelerador de partículas Tevatrón, operado por el Laboratorio Fermilab hasta 2011, presentaron sus últimos análisis sobre el bosón de Higgs. En este caso, los datos no resolvieron la cuestión de si esta esquiva partícula existe o no, pero sí apuntaron todavía más hacia una respuesta afirmativa.

Los científicos del Tevatrón encontraron evidencias de que el bosón de Higgs estaba en el intervalo de masas de 115 a 135 gigaelectronvoltios (GeV) con un nivel de certeza 2,9 sigma. Esto significa que solo hay una posibilidad entre 550 de que la señal se deba a una fluctuación estadística.

Aún así se necesitaba mayor certeza: para estar del todo seguros los científicos señalaron como necesaria una significación estadística de 5 sigma, que es la que, según el anuncio de hoy del CERN, sí ha sido lograda en el LHC.

La importancia de la "partícula divina"

El Modelo estándar de física de partículas describe 18 partículas que forman la materia y las fuerzas que rigen sus interacciones. El bosón de Higgs completaría la colección de estos 18 tipos de partículas fundamentales requeridas por el modelo.

Propuesta por Peter Higgs a finales de los años sesenta del siglo pasado, esta partícula fundamental sería la responsable de dotar de masa al resto de bosones y fermiones fundamentales, al acoplarse a ellos por medio del Mecanismo de Higgs.

En 1996, Leon Lederman, ganador del Nobel de Física, bautizó al bosón de Higgs como "partícula divina” en su libro La partícula divina: si el universo es la respuesta, ¿cuál es la pregunta? (Editorial Crítica), porque se cree que el bosón de Higgs permea todo el universo y da masa al resto de las partículas subatómicas, incluyéndose a sí misma.

Poder definir la masa y la posición del bosón de Higgs supondría, por tanto, un logro científico sin precedentes: sería hallar la clave perdida del Modelo Estándar de la física de partículas actual. Por esa razón, físicos de todo el mundo llevan años intentando probar su existencia.