«Para lograr un éxito tecnológico la realidad debe estar por encima de las relaciones públicas, porque la naturaleza no puede ser engañada». — Richard Feynman
De los átomos, las partículas subatómicas y las partículas elementales
El átomo de cada elemento químico está compuesto por dos partículas subatómicas, conocidas como protón y neutrón, y una partícula elemental del grupo de los leptones conocida como electrón. El átomo del deuterio, por ejemplo, uno de los isótopos del hidrógeno, que es el elemento más abundante en el universo, tiene un protón, un neutrón y un electrón. El átomo del carbono, un elemento fundamental para la vida, está compuesto por seis protones, seis neutrones y seis electrones.
Se considera al protón como eléctricamente positivo y se encuentran en el núcleo del átomo junto al neutrón, que es eléctricamente neutro. El electrón, cuya carga es opuesta a la del protón, orbita el referido núcleo.
El protón y el neutrón están compuestos por quarks; el protón por dos quarks arriba y un quark abajo, el neutrón por un quark arriba y dos quarks abajo. Los quarks se denominan partículas elementales, ya que no están compuestos por partículas más pequeñas. El electrón, que gira alrededor del núcleo atómico compuesto por el protón y neutrón, es también una partícula elemental.
Tres grupos conforman el Modelo Estándar de Partículas Elementales. Los quarks, un grupo compuesto por seis partículas: arriba, abajo, encantado, extraño, cima y fondo. Los leptones, que también son seis: electrón, muon, tau, electrón neutrino, muon neutrino y tau neutrino. Y los bosones de gauge, que son cuatro: fotón, gluon, W y Z.
Los quarks y los leptones pertenecen a la familia de los fermiones y los bosones de gauge a la familia de los bosones.
El Gran Colisionador de Hadrones del CERN
En la frontera de Francia y Suiza se encuentra el Gran Colisionador de Hadrones (LHC) un complejo túnel circular de 27 klómetros, operado por la Organización Europea para la Investigación Nuclear (CERN). En el LHC se hacen colisionar protones contra protones que son acelerados con un campo eléctrico a una velocidad cercana en un 99.99 % a luz, la cual viaja en el vacío a casi 300,000 kilómetros por segundo. Los protones son guiados a través del túnel por un campo magnético.
El propósito de estos experimentos en el LHC es comprobar la existencia de la partícula elemental denominada bosón de Higgs.
El bosón de Higgs y el campo de Higgs
Según lo planteado por Peter Higgs y otros en los años sesenta, el bosón de Higgs es una elusiva partícula elemental que se encarga de dar masa a las otras partículas y se encuenta presente el campo de Higgs. Se cree que el campo de Higgs llena todo el universo y que las partículas adquieren su masa cuando interactúan con él.
Las partículas elementales fluctúan entre energía y masa. A saber, energía y masa son manifestaciones distintas de una misma cosa, y fue resumida por Einstein en la famosa fórmula E=mc². El electrón, por ejemplo, una partícula elemental del grupo de los leptones, al estar constituido por energía se desplaza con facilidad en el campo de Higgs sin alterar mucho su composición energética, contrario a lo que sucede con el quark cima, del grupo de los quarks, que al ser masa demora más en atravesarlo, tornándose más masivo.
Sin el campo de Higgs las partículas elementales no tendrían masa, que es la cantidad de materia presente en un cuerpo. Si las partículas no tuvieran masa se moverían a la velocidad de la luz y no serían capaces de formar objetos sólidos.
Haciendo colisionar dos protones en el LHC se produce la excitación del campo. Esta excitación, que se manifiesta en fracciones de segundos, es lo que hipotéticamente se denomina como el bosón de Higgs, el cual se transforma en otras partículas que pueden ser medidas por uno de los detectores.*
«Nuestra comprensión del universo está a punto de cambiar»
El miércoles 4 de julio de 2012 el CERN anunció haber encontrado indicios de una nueva partícula que concuerda con la hipótesis del bosón de Higgs, como resultado del análisis de miles de millones de colisiones protón-protón realizadas en 2011 y 2012 durante los experimentos llevados a cabo en el LHC por los detectores de partículas ATLAS (Aparato Toroidal del LHC) y CMS (Solenoide Compacto de Muones) dentro un nivel de confianza estadística de 5 en la escala sigma, superior al 99,99994 %.
«Sabemos que debe ser un bosón y es el más pesado jamás encontrado», comentó Joe Incandela, vocero del experimento en el CMS.
El director general del CERN, Rolf Heuer, dijo que con el descubrimiento se ha «alcanzado un hito en nuestra comprensión de la naturaleza» y que «el descubrimiento de una partícula, en consonancia con el bosón de Higgs, abre el camino a estudios más detallados, que requieren mayores estadísticas para poder concretar sus propiedades, y de esta manera arrojen luz sobre otros misterios de nuestro universo.»