8.

EL SECRETO DEL UNIVERSO

LA VIRGEN Y LA MATERIA OSCURA

Verdello (Bérgamo), 29 de octubre de 2012

En los alrededores de Bérgamo, cerca de las fábricas de Dalmine, el desorden urbanístico es abrumador. Autopistas, centros comerciales, naves industriales y viejos núcleos urbanos se alternan y sobreponen de la forma más caótica; parece que los administradores locales compitan para ver quién consigue acumular más porquería en su territorio. En esta perversa amalgama no solo se pierden los humanos, también el GPS enloquece; intenta convencerte de que gires a la derecha cuando no hay calle ninguna, solo un canal de agua estancada.

Después de varios intentos y un par de vueltas llego a la Alquería Germoglio de Verdello, la empresa agrícola que buscaba. De repente todo está ordenado y bonito. Es como entrar en una de esas granjas de las películas de Walt Disney. Prados cuidados, bosquecillos, vacas pastando. Por todas partes se ven recintos con gallinas y conejos; y más allá, detrás de una valla, hay caballos. Incluso da vueltas sobre nuestras cabezas un halcón amaestrado. Tras recibirnos, Piero Lucchini lo llama con un silbido para que podamos verlo, y la rapaz aterriza rápidamente sobre su antebrazo izquierdo, cubierto con una cinta de cuero. Germoglio es una comunidad dedicada al cuidado y rehabilitación de personas con trastornos mentales y Piero es su director. Es muy conocida en Bérgamo. Han montado centros de asistencia y acogida para los pacientes menos graves y una granja donde docenas de personas cuidan animales y trabajan en el campo. En la alquería producen vino, embutidos y queso, todo estrictamente biológico; sus productos pueden degustarse en el restaurante anexo, donde se cocinan los mejores casoncelli de la zona. También hay un teatro único en toda Italia donde actores profesionales, pacientes en tratamiento y caballos amaestrados interpretan obras muy emotivas.

Hace falta mucho valor para dirigir la comunidad y luchar contra las mil dificultades que presenta la jungla de la burocracia italiana. La Alquería Germoglio recibe ayuda de las instituciones, pero también sobrevive gracias a las aportaciones de socios privados y de la Iglesia. Piero Lucchini es un tipo robusto que no carece del valor y la determinación propia de los bergamascos. No es casualidad que de los 1089 Camisas Rojas que siguieron a Garibaldi 160 fueran de Bérgamo. Son gente impulsiva, en gran parte obreros, panaderos y zapateros, aunque también hay abogados y barberos. En una ocasión Piero me dijo: «Todo el mundo sabe que en el Germoglio hay locos, pero pocos saben que el más loco soy yo». Efectivamente, hay que estar loco para llevar a un grupo de pacientes a caballo hasta Mantua siguiendo los antiguos caminos de herradura; o para ir en bicicleta hasta Roma para visitar al Papa después de una semana de viaje y mil peripecias.

Unos meses antes, cuando Piero y un grupo de trabajadores y pacientes visitaron el CERN, les prometí que iría a verlos a Germoglio. Fue una visita muy especial: al ver el CMS pusieron los ojos como platos y me hicieron muchas preguntas; antes de irse, me dijeron: «Estaría bien continuar la conversación en el Germoglio». Lo medité largamente y acabé por decidirme. Me gusta la gente que libra su batalla a diario.

Después de visitar la granja me reúno con pacientes y trabajadores. Me acribillan a preguntas sobre el bosón de Higgs, el origen del universo y su destino. Estamos sentados en círculo en el salón. Puedo leer curiosidad y gratitud en esos ojos marcados por el sufrimiento. Luego nos sacamos una foto en grupo; yo estoy en el centro e involuntariamente apoyo los brazos sobre los hombros de los dos chicos que tengo al lado; no tendrán más de veinte años. Noto cómo tiemblan de emoción. Al final, uno de los pacientes, que ha permanecido en silencio sin perderse una palabra de la conversación, se me acerca y, bajando la voz para que los demás no puedan oírlo, me dice: «Los científicos veis a vuestro alrededor la materia oscura, que nadie más ve; sin embargo os creen. En cambio yo a veces veo a la Virgen. ¿Por qué nadie me cree?».

¿REALMENTE ES EL BOSÓN DE HIGGS?

El descubrimiento de la nueva partícula tiene repercusión mundial; no hay periódico que no hable de ella, y los artículos publicados por el ATLAS y el CMS se citan constantemente. Pese a todo este alboroto, en el CERN se realizan controles y comprobaciones sin cesar. Hemos encontrado un nuevo bosón, pero ¿estamos seguros de que es él?

El anuncio oficial del descubrimiento todavía mantiene una gran prudencia: se habla de un bosón «de tipo Higgs», es decir, que se parece mucho al Higgs. La cautela está más que justificada. Recordemos que, como los demás bosones, el Higgs tiene espín entero, pero una de las características principales de la codiciada partícula es que tenga el espín igual a 0, es decir, que sea una partícula escalar. Los datos recogidos hasta julio de 2012 aún no nos han permitido medir el espín, así que debemos ser prudentes. Si nos encontráramos con un espín igual a 1 o a 2 estaríamos frente a un impostor, muy parecido al Higgs pero diferente. Hasta que no nos hayamos asegurado de esto no podremos afirmar nada de forma definitiva.

Luego está el problema de las posibles anomalías. Para el descubrimiento se han utilizado sobre todo canales de desintegración bosónicos; ni el ATLAS ni el CMS han mostrado señales convincentes de la desintegración de la nueva partícula en quarks «b» o leptones tau. Aquí surgen varias preguntas. ¿Todavía no podemos apreciar estos eventos porque no tenemos suficiente sensibilidad? ¿O quizá porque el mecanismo que otorga la masa a los fermiones es diferente del que pronosticaron Brout, Englert y Higgs? En ese caso, tendríamos que volver a considerar la posibilidad de haber descubierto una partícula diferente del Higgs que contempla el Modelo Estándar.

Por último, los expertos han notado que ambos experimentos han registrado en el canal de desintegración en dos fotones un número de eventos muy superior al previsto: un 50% más. Como de costumbre, una anomalía de este tipo podría ser sencillamente una casualidad estadística que desaparecería conforme recogiéramos nuevos datos, pero este tipo de desintegración está muy vigilado porque es especialmente sensible a la presencia de nueva física. Si hubiera partículas compactas que todavía no hemos descubierto podrían manifestarse de forma indirecta, alterando el proceso.

Son muchos los que siguen este asunto con gran expectación, pero hay dos señores ancianos particularmente involucrados: sus nombres son Peter Higgs y François Englert. Los dos saben perfectamente que el telefonazo de Estocolmo que llevan años esperando solo llegará si el ATLAS y el CMS consiguen de una vez por todas que la expresión «de tipo» pueda eliminarse de los artículos y comunicados oficiales. La intuición que tuvieron en 1964 solo se premiará si resulta correcta, es decir, si la partícula descubierta en 2012 tiene las mismas características que el bosón de Higgs previsto por el Modelo Estándar.

Durante todo el año el LHC ha seguido realizando colisiones de forma eficiente, hasta superar con creces los 20 fb⁻¹. Ahora hay la suficiente cantidad de datos como para comprobar todas estas posibles anomalías. Con una cantidad de datos cuatro veces mayor que la del run anterior, la señal se ha visto reforzada y es cada vez más clara. Los canales que durante el descubrimiento no contenían más que un puñado de eventos ahora tienen los suficientes como para llevar a cabo estudios más detallados a fin de buscar posibles anomalías.

Lo primero es buscar el espín; el mecanismo es simple y se ha utilizado varias veces en el pasado. Para calcular esta característica de una partícula inestable como el bosón de Higgs se miden las distribuciones angulares de los productos de su desintegración. Los electrones, muones y fotones procedentes de la desintegración de la partícula «madre» se distribuyen en el espacio según su propia modalidad. Las distribuciones varían radicalmente si la partícula madre tiene un espín igual a 0, 1 o 2. ¿El resultado? Entre todas las hipótesis, la más probable es la que prevé que la nueva partícula sea el escalar que imaginaron Brout, Higgs y Englert.

La señal de la desintegración del Higgs en quarks «b» o leptones tau es más complicada de registrar; es necesario utilizar todos los datos disponibles y mejorar todavía más la sensibilidad del análisis para detectar las primeras y tímidas señales de esta desintegración tan importante. El bosón de Higgs tiene que acoplarse con los quarks y los leptones para darles masa, por tanto, tiene que desintegrarse a su vez en estas partículas ligeras. Si esto no ocurriera estallaría una verdadera bomba, porque habría que suponer que hay algo más aparte del bosón de Higgs que aporta masa a las partículas elementales más ligeras. Sería el fin del Modelo Estándar tal y como lo concebimos ahora.

Al final las dudas iniciales acaban por diluirse. Una vez se ha completado la estadística, tanto el ATLAS como el CMS muestran signos evidentes de que no hay anomalías en los acoplamientos del Higgs con quarks y leptones. El gráfico que resume los resultados reproduce de forma increíble los acoplamientos proporcionales a la masa de las partículas formuladas en 1964.

Por otro lado, algunos asuntos han generado cierta tensión e incomodidad y solo se resolverán al cabo de meses de arduo trabajo. A lo largo de 2012, la pregunta sobre la medida de la masa tiene en vilo al ATLAS. En el Modelo Estándar la masa del bosón de Higgs es el parámetro más importante con diferencia, el único que no contempla la teoría y que tiene que medirse con la mayor precisión posible. Para conseguirlo se utilizan dos de las desintegraciones más claras, lo cual permite mejorar la resolución: en dos fotones y en dos Z que a su vez se desintegran en cuatro leptones. Son dos medidas independientes y deberían dar resultados similares. Esto ocurre en el CMS; en cambio, los resultados que obtiene el ATLAS son diferentes entre sí. Es algo que puede pasar, pero la diferencia observada entre el valor resultante de la desintegración en dos fotones y el de la desintegración en cuatro leptones es superior a los 3 GeV, lo cual parece excesivo. Mientras en el ATLAS se esfuerzan por hallar una explicación, algunos teóricos se lanzan a conjeturar que en realidad lo que se ha descubierto es un «dipolo» de bosones de Higgs, una pareja de partículas que no tienen nada que ver con las previsiones del Modelo Estándar. Al final, tras meses de estudio de las calibraciones e infinitas comprobaciones de los análisis, la diferencia entre los dos valores se reduce a 2,5 GeV, un valor más compatible con los errores experimentales. Así pues, el caso queda archivado.

Durante los mismos meses en que el ATLAS lidia con la medida de la masa del Higgs, el CMS vive un periodo de tensión por culpa de la desintegración en dos fotones. Al sumar los datos, la señal se debilita, como si en el nuevo run ya no hubiera huellas de la señal tan clara que había cautivado a todo el mundo en 2011 y 2012. Tras el desconcierto inicial, se organiza la reacción. Vuelven a verificarse todas las posibles causas de error. Por ejemplo, durante el verano el acelerador aumentó nuevamente las condiciones de pile-up, lo cual podría habernos hecho perder una parte importante de los eventos del Higgs porque realizamos varios cambios; una vez más hacemos borrón y cuenta nueva, empezamos de cero. Solo al cabo de ocho meses de ansiedad y cuidadosas comprobaciones se llega a una conclusión más simple: no existe anomalía, se trata de fluctuaciones estadísticas. Hasta los primeros 10 fb⁻¹ (es decir, hasta mediados de 2012) habíamos registrado una fluctuación positiva, es decir, más bosones de Higgs de los que deberíamos haber observado; en cambio, en los siguientes 10 fb⁻¹ (a finales de 2012) tuvimos una fluctuación negativa, es decir, la señal se debilitó. En general, el resultado es exactamente el que preveía el Modelo Estándar. Por el momento tendrán que abandonarse las esperanzas de que en la desintegración en dos fotones se escondieran las primeras señales de la nueva física.

Cuando a principios de 2013 se anuncia con certeza que la nueva partícula es efectivamente un escalar y se parece en todo al bosón de Higgs, los más felices son los dos ancianos colegas que han seguido con expectación todas las fases de los últimos análisis. Ya no hay lugar a dudas: tenían razón.

EL AÑO DE LOS TRAJES ELEGANTES

El procedimiento mediante el cual se conceden los premios Nobel es bastante complicado, pero funciona de maravilla. Los ganadores suelen anunciarse la segunda semana de octubre, mientras que la ceremonia tiene lugar en Estocolmo en una fecha fija: el 10 de diciembre, aniversario de la muerte de Alfred Nobel.

El mecanismo de asignación de premios se pone en marcha un año antes, cuando se deciden los nombres de los candidatos. En otoño, un número variable de científicos de fama internacional que suele rondar el millar recibe una carta procedente de la Real Academia de las Ciencias de Suecia. La carta contiene la petición de informar antes de finales de enero una o más nominaciones y las instrucciones para justificar la elección. A partir de febrero, un reducido comité trabaja sobre esta primera lista, muy amplia, para reducirla a unos pocos nombres; de ello se encargan un grupo de científicos designados por la Academia, y en sus decisiones tienen un peso capital las conversaciones con los premios nobel de los años precedentes. La reducida lista de candidatos está terminada en verano. Luego tiene lugar una segunda ronda de consultas de la que se extraen nuevas conclusiones y en la que se plantean posibles vetos. Al final el comité anuncia su veredicto en una reunión formal. Estamos a principios de octubre y en teoría la Academia podría no aceptar las recomendaciones del comité, aunque nunca ha ocurrido. Sea como fuere, la decisión final se debate en una reunión plenaria y se anuncia inmediatamente después.

La prudencia del Comité para el Nobel es notoria: jamás se premian resultados que no hayan sido confirmados, ni teorías que no se hayan verificado experimentalmente; por esta razón Peter Higgs y François Englert han tenido que esperar tanto. Pero este año todo el mundo cree que ha llegado su momento. Está claro que sus nombres están en la reducida lista de los favoritos, pero todavía no se ha dicho la última palabra. En primer lugar, hay una especie de rotación informal entre las áreas premiadas: física de partículas, astrofísica y física del estado sólido; en ocasiones pueden implicarse otras áreas de investigación. Luego hay que tener en cuenta que los premiados no pueden ser más de tres. En realidad, el testamento de Alfred Nobel disponía que el premio fuese entregado «a la persona que haya realizado el descubrimiento o invención más importante en el campo de la física», pero la norma se ha ido modificando hasta permitir premiar a tres individuos; así que, en teoría, además de Higgs y Englert, cabría premiar a un tercer teórico entre todos los que han trabajado con las simetrías o el mecanismo de ruptura electrodébil.

Hay quien sugiere que el comité podría otorgarle la tercera medalla al CERN. De ese modo se rompería una tradición centenaria, pero si las reglas ya cambiaron en una ocasión, podrían volver a cambiar. La investigación está en continua evolución y antes o después la Real Academia de las Ciencias de Suecia tendrá que reconocer que cada vez es más difícil asignarle el premio a un individuo en concreto cuando el resultado se obtiene gracias a colaboraciones donde trabajan miles de científicos. Esta vez las cosas podrían ser distintas, ya que el descubrimiento lo han hecho el ATLAS y el CMS gracias a las excelentes prestaciones del LHC. ¿Por qué no premiar a toda la organización internacional, que ha sabido gestionar y coordinar este gigantesco esfuerzo?

En el CERN muchos son de esta opinión; incluso alguno se lanza a intentar una especie de presión «política» hacia miembros conocidos de la Academia. Pese a ser contraproducentes, estas maniobras generan cierta expectativa.

La mañana del martes 8 de octubre de 2013, todos estamos expectantes. Está previsto que el resultado se anuncie a las once y cientos de personas se reúnen frente a las pantallas que se han instalado en varias zonas del laboratorio. Los chicos, como de costumbre, bromean; se han hecho con unas medallas del Nobel de chocolate y me han puesto una al cuello para hacerse una foto conmigo. El anuncio tarda, lo cual es extraño, y empiezan a correr voces de que la asignación de la tercera medalla está siendo objeto de discusión. Alguien ha propuesto concederla al CERN y ha habido palabras gruesas. Al final aparece la locutora y la sala se sume en un silencio sepulcral. Los ganadores son François Englert y Peter Higgs. Se oyen gritos de júbilo por los pasillos, se abren botellas de champán y todo el mundo salta y baila. La verdad es que no me sorprende, estaba seguro de que pasaría. Lo emocionante llega cuando la locutora detalla los motivos: «[…] teoría que ha sido comprobada gracias al reciente descubrimiento realizado por el CMS y el ATLAS en el CERN». Cuando oigo nombrar nuestros experimentos me doy cuenta de que lo que hemos hecho pasará a la historia.

Al día siguiente recibo una llamada de François Englert, que ni siquiera me da tiempo a que lo felicite. «¿Te acuerdas de nuestra apuesta?», me dice. «Prepárate. Nos vamos a Estocolmo». Así empezó para nosotros el año de los trajes elegantes. En el CERN y en Pisa se reirán de mí cuando me vean aparecer en los periódicos o la televisión vestido con esos atuendos elegantes tan distintos de mis habituales tejanos. Empecé con un traje azul en septiembre de 2012, cuando el presidente de la República, Giorgio Napolitano, nos invitó a Sergio Bertolucci, Fabiola y a mí al Quirinale para hacernos entrega de una condecoración y para que habláramos por televisión a todos los jóvenes estudiantes de las escuelas italianas.

En abril de 2013 todavía nos ponemos más elegantes: nos entregan el Fundamental Physics Prize en Ginebra; la etiqueta requiere esmoquin para los hombres y vestido largo para las mujeres. Este premio es uno de los reconocimientos más importantes del mundo; por el descubrimiento del bosón de Higgs se lo conceden a «los siete magníficos» (así nos bautizó la prensa). Lyn Evans, Jim Virdee, Fabiola Gianotti, Joe Incandela, Peter Jenni, Michel Della Negra y yo nos repartimos los tres millones de dólares que Yuri Milner, un multimillonario ruso aficionado a la física, decidió otorgar anualmente a los científicos que hayan contribuido al progreso de los conocimientos fundamentales. Cuando recibimos la llamada que anunciaba el premio, todos pensamos que era una broma. Yo estaba en un ciclo de conferencias en Tokio y me encontraba en uno de esos restaurantes tradicionales donde se cena de rodillas. Salí para no molestar y tardé un rato en entender que la cosa iba en serio, porque Joe Incandela, que me llamaba desde el CERN para transmitirme la noticia, se reía. Y ahora estamos aquí, en el Palacio de los Congresos de Ginebra, con el ganador de un Oscar, Morgan Freeman, que esta noche presentará la velada. Antes de la ceremonia, donde también se realizará un pequeño homenaje a Stephen Hawking, el famoso científico de Cambridge que lleva años luchando contra una terrible enfermedad, cenamos en el Hotel des Bergues. Estoy sentado al lado de Freeman, que es uno de mis actores favoritos. Entre otras cosas, descubro que siente auténtica curiosidad por la física; después de intercambiar algunas frases de cortesía, hablamos de la inflación, los multiversos y las extradimensiones.

Ante nosotros hay quinientos invitados; Fabiola lleva un vestido largo rojo que contrasta con el blanco y negro de los seis hombres de esmoquin. Conocemos todos y cada uno de los rostros de las personas que nos aplauden en la platea. Están aquí muchos de los jóvenes que han participado en ambos experimentos, los que han estado en primera fila en los análisis del Higgs. También hay muchos amigos que apoyaron el proyecto desde el principio, los pioneros del ATLAS y el CMS, y muchos físicos e ingenieros que han construido y puesto en marcha el LHC. El único problema es que Steve Myers no se cuenta entre los premiados. Por alguna incomprensible razón el comité no lo ha considerado merecedor del galardón. Personalmente me parece una injusticia.

Pero el culmen de la elegancia llega el 10 de diciembre en Estocolmo, cuando nos ponemos el frac para la ceremonia del Nobel y la cena de gala con el rey de Suecia que tendrá lugar justo después.

Al final, a pesar de mis nervios de la noche anterior, los sastres de Hans Allde han realizado un trabajo estupendo y el frac me queda como un guante; respiro, aliviado. Cuando me encuentro con Jim Virdee, Peter Jenni y Joe Incandela, todos vestidos como pingüinos, se nos escapa la risa; rebosamos buen humor. Estamos aquí para homenajear a los dos jovenzuelos vivarachos que desprenden alegría por todos los poros. Incluso Peter, normalmente taciturno y lacónico, ha resultado ser un conversador brillante. Durante el banquete ha tenido que tomar la palabra, y se ha defendido muy bien. Ahora camina con soltura por los salones durante el baile que cierra la velada, bromea y reparte palmadas en el hombro. Toda una metamorfosis. La foto que nos sacamos juntos —yo en medio, entre él y François, todos un poco achispados— es uno de los recuerdos más preciados que guardo de aquella inolvidable noche.

EL ORIGEN DEL UNIVERSO

El descubrimiento del bosón de Higgs supone un hito en la historia del conocimiento. Ahora podemos reconstruir lo que ocurrió instantes después del Big Bang, cuando el campo escalar del Higgs se instala en la totalidad del universo, en todos los ángulos, y llega a los lugares más remotos. En solo la centésima parte de un millardésimo de segundo ocurre algo que decidirá el destino de ese objeto, todavía incandescente, a lo largo de miles de millones de años.

En ese preciso momento, una infinidad de bosones de Higgs, que hasta entonces se habían desplazado a la velocidad de la luz, se condensan cristalizando para siempre en un campo omnipresente: el campo de Higgs. La fuerza electromagnética, que hasta entonces había acompañado a la fuerza débil, se separa de esta definitivamente. Por lo que respecta a los fotones, que no interactúan con el campo de Higgs, todo se queda igual. Los W y los Z se quedan envueltos en las redes del campo y se vuelven lo suficientemente compactos como para no dejar que la interacción débil tenga efectos más allá de las ínfimas distancias subnucleares. Por último, las partículas elementales se diferencian entre sí dependiendo de su interacción con el campo, lo cual implica que irremediablemente acaban por adquirir masas diferentes.

En un abrir y cerrar de ojos todo ha cambiado para siempre.

Gracias a este delicado mecanismo la materia ha adquirido las características que hoy conocemos. La masa específica que obtienen los electrones les permite orbitar de forma estable alrededor de los núcleos, formando así los átomos y las moléculas. El mismo mecanismo ha dado origen a las enormes nebulosas gaseosas de las que surgieron las primeras estrellas y más tarde las galaxias, los planetas y los sistemas solares, incluso los primeros organismos vivientes, cada vez más complejos hasta llegar en última instancia a nosotros. Sin el vacío electrodébil, sin este delicado armazón que sostiene la enorme estructura material a la que llamamos «universo», nada de esto sería posible.

Si después de miles de millones de años de fiel servicio, el bosón de Higgs, en cualquier momento —sea mañana a las 5.45 o dentro de dos millardos de años—, repentinamente «decidiera» cruzarse de brazos y declararse en huelga, el universo desaparecería en una colosal burbuja de energía.

Con el descubrimiento del bosón de Higgs celebramos también otro éxito de la ciencia. Hoy en día podemos decir que estamos empezando a entender el mecanismo que ha producido la ruptura de la simetría electrodébil; se trata de otro triunfo del Modelo Estándar, aunque es un triunfo bastante problemático.

Sabemos que tarde o temprano descubriremos una teoría más general que explicará la materia en una escala de energía mucho más amplia y que incluirá el Modelo Estándar como un caso particular. Sabemos que al alcanzar energías más elevadas de las que se han podido explorar hasta ahora muchas certezas se desmoronarán. El Modelo Estándar se quebrará y encontraremos nuevas interacciones o nuevas partículas que arrojarán luz sobre algunas de las grandes cuestiones que a día de hoy siguen abiertas: la inflación, la unificación de la gravedad, la energía oscura.

Pero ¿en qué escala de energía ocurrirá todo esto?

La comunidad científica, que ha recobrado vigor tras el descubrimiento del bosón de Higgs, lleva años intentando responder a esta pregunta. Estamos en medio de una revolución científica cuyos límites entenderemos con más claridad dentro de unos decenios.

EL HIGGS Y LA NUEVA FÍSICA

El bosón de Higgs no es una partícula como las demás, sino que es la que les da a todas su masa e interactúa tanto con las que ya conocemos como con las que todavía quedan por descubrir. Así pues, el recién llegado se convierte rápidamente en un instrumento de investigación. Es como si tuviéramos a disposición una antena ultrasensible que nos proporciona pistas sobre esa parte del mundo que nos es inaccesible. Recibe señales débiles pero perceptibles incluso de ese componente que vive escondido en el lado oscuro del universo.

Así que en cuanto pasa la euforia del descubrimiento y los trajes elegantes regresan al armario, debemos volver al trabajo para responder a una larga serie de interrogantes. En primer lugar cabe preguntarse si la partícula que acabamos de encontrar está realmente sola, como contempla el Modelo Estándar, o la acompañan cuatro amigos, como prevé la supersimetría.

La supersimetría agrupa bajo su nombre una extensa familia de teorías muy diferentes entre sí, unidas por la hipótesis de que existe una especie de relación que asocia a cada bosón (partícula con espín entero) un fermión (partícula con espín fraccionario). De repente, la supersimetría multiplica por dos todas las partículas conocidas. Cada partícula tiene una superpareja cuyo espín difiere de 1/2.

En el Modelo Estándar los fermiones son las partículas que constituyen la materia, mientras que los bosones son las que transportan las interacciones. En el mundo supersimétrico ocurre lo contrario: las partículas de materia tienen el espín entero mientras que las que portan las interacciones son fermiones.

Esta simetría debía de ser perfecta inmediatamente después del Big Bang, pero seguramente se rompió espontáneamente en alguna tempranísima fase de la evolución del universo, razón por la cual a nuestro alrededor solo ha quedado materia ordinaria. Aparentemente, todas las partículas supersimétricas han desaparecido, a excepción del neutralino y otras partículas neutras, estables y muy compactas, que interactúan débilmente y que explicarían la materia oscura. La ausencia de partículas de supermateria a nuestro alrededor podría deberse al hecho de que las parejas supersimétricas son mucho más pesadas que las partículas conocidas, pero no sabemos exactamente cuánto más pesadas. Podrían tener una masa de cientos de GeV o de un TeV, o incluso decenas de TeV.

Si damos por válida la teoría de SUSY, surge de forma natural un candidato para la materia oscura: el neutralino. Además, la presencia de partículas supersimétricas parece garantizar la posibilidad de «reunir» todas las fuerzas conocidas (excepto la gravedad) en una única superfuerza que dominaba el universo en sus primeras fases, incluso antes de la condensación del campo de Higgs; huelga decir que sería una visión del universo completamente nueva.

Entre otras cosas, SUSY habla de muchos tipos de bosones de Higgs, los suficientes como para formar una verdadera familia. El componente más ligero tendría una masa que no superaría los 130 GeV y sería parecido al Higgs que contempla el Modelo Estándar, es decir, el que hemos observado en el LHC. Entre otras cosas, nuestro descubrimiento no considera otros modelos supersimétricos que preferían un Higgs más ligero que se encontrara entre los 100 y los 120 GeV. Son muchos los que todavía abogan por una partícula con una masa cercana a los 125 GeV, pero para demostrar que el bosón que nosotros hemos observado es en realidad un «super-Higgs» tendrán que describir uno de los hermanos que componen la familia, o encontrar alguna anomalía en sus interacciones con otras partículas.

En realidad, desde el punto de vista de la mecánica cuántica, una partícula escalar ligera como el Higgs que hemos descubierto es un objeto insólito. El hecho de que interactúe preferentemente con las partículas más pesadas hace que el Higgs mantenga una relación privilegiada con el quark top. Hay que imaginárselo como envuelto en una nube de top que, en teoría, alteraría de forma significativa su masa. Concretamente, las correcciones cuánticas deberían hacerlo más pesado incontrolablemente, llevando su masa hasta niveles absurdos, mucho más altos que los 125 GeV que hemos registrado. Dado que esto no ocurre, cabe pensar en la existencia de un mecanismo desconocido construido ad hoc que lo protege; también es posible que por cada aporte que tienda a «engordarlo» haya uno que tienda a «adelgazarlo» en igual medida. Esta última posibilidad sería la correcta si SUSY estuviera en lo cierto. El signo de las aportaciones a las correcciones cuánticas de la masa es opuesto para fermiones y bosones, así que por cada aporte positivo debido al quark top tendríamos uno negativo debido al squark stop. Es decir, mientras la nube de partículas que rodea en todo momento el Higgs tiende a aumentar su masa, la nube de «spartículas» tiende a reducirla; así, los fenómenos se aniquilan mutuamente y el bosón se mantiene ligero.

La presencia de partículas supersimétricas explicaría por qué el Higgs es tan ligero; es una de las razones por las que SUSY mantiene su encanto. Con todo, para que este genial mecanismo pueda funcionar, el squark stop no debería tener una masa mucho mayor que la del top, que ronda los 173 GeV. Aquí nos encontramos con un problema: si los stops fueran tan ligeros ya los habríamos producido a montones; en cambio, todas las investigaciones realizadas hasta hoy no han tenido éxito, y sabemos que los stops, si existen, tienen una masa mayor que 4-500 GeV.

Así pues, SUSY es una teoría maravillosa capaz de resolver de golpe algunas de las cuestiones más profundas de la física moderna (la materia oscura, la gran unificación, el rompecabezas del Higgs ligero), pero tiene un punto débil: nadie ha logrado ver ni una de las muchas partículas de las que habla. Tanto el ATLAS como el CMS han realizado cientos de investigaciones independientes sin que ninguna llevara a ningún descubrimiento. En cada ocasión, lo único que hemos logrado ha sido ir cambiando el límite inferior de la masa que podrían tener las partículas supersimétricas.

Si SUSY existe, sus partículas deben de ser realmente pesadas, y dado que por ahora no tenemos indicios, más de uno empieza a pensar que ha llegado el momento de abandonar esta hermosa conjetura, pero todavía es pronto para hacerlo, sobre todo porque en los próximos años tendremos la posibilidad de explorar de forma sistemática una gigantesca región de energía en la que podrían esconderse muchas sorpresas.

Así pues, el descubrimiento del Higgs abre muchos frentes de investigación simultáneamente.

Por un lado sigue la caza de partículas supersimétricas: aprovechando el aumento de energía del LHC, que en 2015 volvió a ponerse en marcha a 13 TeV, se espera poder producir las partículas compactas que han logrado escapar a las investigaciones realizadas a 7-8 TeV. Ahora tenemos un vínculo más gracias a la presencia de este objeto de 125 GeV. Sabemos que si no encontramos un stop de menos de 2 TeV, ese mecanismo de cancelación tan elegante que permite que SUSY mantenga su sex appeal ya no estaría justificado, y SUSY entraría en crisis, al menos en sus versiones más corrientes.

Simultáneamente se buscan hermanos del Higgs en la región que ya ha sido explorada durante la búsqueda del bosón del Modelo Estándar. El trabajo realizado hasta el momento no es suficiente, porque ahora buscamos partículas con características muy diferentes. Los hermanos supersimétricos del Higgs tienen modos de producción y desintegración peculiares, lo cual obliga a llevar a cabo estrategias muy diferentes. Además se necesita una gran cantidad de datos, porque siendo tan compactas son partículas difíciles de producir y por tanto de encontrar.

Paralelamente a todo esto siguen los estudios sobre el bosón de Higgs en 125 GeV. El Modelo Estándar ha conjeturado cada una de sus características con extrema precisión. Hasta ahora todo lo que hemos visto concuerda con las previsiones, pero nuestra precisión es limitada a causa de la pequeña cantidad de bosones que hemos conseguido reconstruir. Para muchos procesos de desintegración, la incertidumbre de nuestras mediciones supera ampliamente el 10%; y todavía hay lugar para discrepancias menores de este valor, como las anomalías previstas por SUSY.

En los próximos años se podrán seleccionar decenas de miles de bosones en el LHC, lo cual permitirá estudiar sus características detalladamente; solo con medir incluso la más pequeña de estas anomalías tendremos una prueba indirecta de la existencia de nuevas partículas; tendremos la prueba científica de que existe una nueva física y sabremos también en qué región de energía buscar.

He aquí nuestra secreta esperanza: que el bosón de Higgs recién descubierto pueda servirnos de portal hacia la nueva física y que todo lo ocurrido en 2012 sea el primer eslabón de una larga cadena.

EL FIN DEL UNIVERSO

El vacío electrodébil juega un papel decisivo en la evolución del universo. Ahora que hemos medido con precisión la masa del Higgs ya no quedan parámetros libres en la teoría y podemos utilizar el Modelo Estándar y todo lo que conocemos de la mecánica cuántica para estudiar su evolución. Concretamente, desde que anunciamos los primeros indicios del bosón, varios grupos de teóricos se preguntaron lo siguiente: ¿qué puede decirnos un Higgs de 125 GeV acerca de la estabilidad del vacío electrodébil?

Así formulada parece una pregunta reservada a los expertos, pero en realidad nos interesa a todos, porque guarda relación con el destino de nuestro universo. La ruptura espontánea de simetría juega un papel decisivo en el mecanismo que, regulando el juego de interacciones, le ha dado su peculiar forma al universo que nos rodea. Las características de nuestro vacío electrodébil, que diferencia la fuerza débil de la electromagnética, pueden estudiarse en función de muchos parámetros, pero los dos más importantes son la masa del quark top y la del bosón de Higgs, las partículas más pesadas del Modelo Estándar. Ahora que conocemos bien estos valores es posible calcular cómo se comporta el vacío electrodébil en función de la energía. De este modo se puede intentar comprender cómo llegó a instalarse en los primeros instantes de vida del universo y quizá llegar a intuir algo de su futura evolución.

Los cálculos que se han realizado son bastante simplificados; presuponen que el Modelo Estándar es válido para todas las escalas de energía, y sabemos que esta hipótesis podría no ser válida. Además, no consideran el papel que puede jugar la gravedad: es una hipótesis fuerte porque todavía no sabemos qué ocurre con la interacción más misteriosa en niveles de energía elevados. Sea como fuere los resultados obtenidos son muy intrigantes y han desatado un debate que sigue a día de hoy.

Utilizando la masa del top y la del Higgs se puede construir una especie de diagrama de fase del vacío electrodébil, es decir, un gráfico parecido a los que se utilizan para definir el estado físico de un fluido como el agua. Sabemos que dependiendo de la temperatura y la presión el agua puede presentarse en estado líquido, sólido o gaseoso. En condiciones de presión atmosférica normales el agua se congela por debajo de los 0 °C; entre los 0 °C y los 100 °C se encuentra en estado líquido; y por encima de 100 °C se evapora. Algo parecido ocurre con el vacío electrodébil, cuyo estado puede estudiarse en función de las masas del top y del Higgs, dos parámetros que tienen un papel similar al de la presión y la temperatura para el agua.

Llegados a este punto, nos encontramos con una sorpresa. Teniendo en cuenta este estudio, nuestro universo se nos presenta como algo realmente especial; los valores «tan particulares» de la masa del top y el Higgs colocan al universo en un estado de equilibrio metaestable, esto es, en el límite entre una región de equilibrio permanente y la inestabilidad total.

Si el top y el Higgs tuvieran masas ligeramente diferentes el vacío electrodébil habría sido tan inestable que no hubiera habido evolución alguna; el microscópico desgarro que se abrió en el vacío cuántico del Big Bang habría vuelto a cerrarse inmediatamente y todo habría acabado incluso antes de empezar. Esos valores «tan particulares» hicieron que el vacío electrodébil pudiera formarse y resistir durante miles de millones de años, dando lugar a la evolución de la que procedemos.

Con todo, la estabilidad no es absoluta. Si en alguna parte del universo, por alguna misteriosa razón, se generaran energías un millardo de veces mayores que las que se han desarrollado en el LHC, el vacío electrodébil podría ceder de golpe. Con toda probabilidad, el desgarro local saldría de su confinamiento. Cuando en una zona determinada el sistema se aboca hacia un nuevo equilibrio, toda la energía sobrante almacenada en el vacío se emite en forma de calor; así, el cosmos entero desaparecería engullido por una gigantesca bola de luz.

He aquí dos alternativas para el fin del universo: si el vacío electrodébil resiste, la energía oscura irá alejando los objetos entre sí, hasta que la oscuridad y el frío reinen indemnes; sin embargo, una catástrofe cósmica (un cambio en la estructura del vacío) podría interrumpir la lentísima danza macabra de la energía oscura y proporcionarnos una salida de escena más rápida y decididamente más espectacular.

Nos queda el consuelo de pensar que sobre la base de lo que sabemos hoy en día ninguna de estas opciones es inminente; podemos preparar tranquilamente nuestras vacaciones de verano, o planificar una sosegada jubilación. Es muy probable que el universo tenga por delante todavía unos cuantos miles de millones de años de vida relativamente tranquila.

Lo más intrigante de este asunto es que del estado de metaestabilidad del vacío electrodébil parece desprenderse una relación entre la precariedad de la condición humana y la del universo en general. Es como si nuestra fragilidad en cuanto seres humanos —cuerpos delicados que pueden perecer por culpa de un estúpido fragmento de ADN enloquecido, o cayéndose por las escaleras— fuera un reflejo a escala microscópica de una precariedad cósmica que afecta a todo el resto, incluso a las gigantescas estructuras que nos rodean y nos parecen inmortales.

Lo que estas hipótesis sobre la estabilidad del vacío electrodébil sugieren ha reavivado el interés por las teorías relativas a los multiversos; si se considera que nuestro universo es parte de una multitud de universos diferentes caracterizados por condiciones iniciales totalmente casuales, no resulta tan sorprendente que para nosotros el quark top y el Higgs tengan esos valores de masa tan particulares; si hubiesen sido diferentes el universo no habría tenido tiempo de evolucionar tanto como para dar vida a seres que se plantearan estas preguntas.

Así, todo resultaría más claro y sencillo. Imaginemos a un niño con los ojos vendados cogiendo números al azar de un recipiente rotatorio como los que se usaban hace años en los sorteos de la lotería. Cada número define el valor de una constante fundamental para un determinado universo. Habrá una infinidad de universos desafortunados cuya evolución es brevísima; en cambio habrá otros, más afortunados, que podrán evolucionar durante algún tiempo. Incluso habrá algunos, realmente afortunados, que podrán durar millones y millones de años, como el nuestro.

Para responder a estas preguntas, mientras el LHC siga en marcha, habrá que seguir con la exploración de la naturaleza y construir nuevos aceleradores: máquinas electrón-positrón que se utilicen como fábricas de Higgs y permitan medir todas las características con precisión, y máquinas protón-protón de altísima energía que permitan explorar los detalles de la ruptura de la simetría electrodébil y buscar nuevas partículas y fuerzas.

La carrera hacia la física del futuro no ha hecho más que empezar.