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Astronomía, El Bosón de Higgs

Mas allá hay dragones

En una de las secuencias más entrañables de  la película “Memorias de África”, la protagonista Karen Blixen, interpretada por Meryl Streep dice: “Cuando los descubridores del pasado llegaban al límite del mundo conocido y tenían miedo a seguir escribían: Más allá hay dragones!” Cuando otros exploradores más osados se adentraban en esas tierras o en esos mares, nunca encontraron dragones, sino lugares fascinantes y seres desconocidos.

Figura de dragón en la Puerta de Istar. Museo de Pérgamo, Berlín. Foto: Wikipedia

Figura de dragón en la Puerta de Istar. Museo de Pérgamo, Berlín. Foto: Wikipedia

En la historia de la ciencia pasa algo parecido: muchos pensadores, filósofos y científicos han necesitado imaginar que existen entidades, que no siendo visibles ni detectables, son necesarias para mantener la estabilidad del cosmos o para explicar las observaciones o los experimentos del momento.

En cada época el mundo se ha visto de un modo. A esto se le llama cosmogonía. Las culturas más ancestrales tenían sus propios mitos, pero casi todos ellos postulaban la existencia de algo o alguien que estaría encargado de separar el cielo de la Tierra. Para los antiguos egipcios, el dios Shu (el aire), mantenía a la diosa Nut (el cielo) por encima de Geb (la Tierra). En el Génesis, fue el propio Creador quien puso cada cosa en su sitio al primer intento, separando el cielo de la tierra, las aguas de los continentes, la luz de la oscuridad. En la mitología griega Atlas fue condenado por Zeus a sostener los pilares de los cielos. Pero los propios griegos intentaron dar explicaciones más racionales del cosmos.  Habían observado que, al mirar el cielo nocturno, las estrellas parecían pegadas a una gran esfera que daba una vuelta en un día. En realidad, es la Tierra la que, al girar en su movimiento de rotación sobre su eje en 24h,  nos produce la impresión de que las estrellas salen por el lado este del horizonte para ocultarse por el oeste. Pero los griegos también observaron astros que se movían entre las estrellas fijas. Los llamaron planetas, que en griego significa “vagabundos”. Sin la ayuda del telescopio solo se ven cinco planetas: Mercurio, Venus, Marte, Júpiter y Saturno. Los otros dos vagabundos eran la Luna y el Sol. En total 7. Es por esta razón que el 7 es un número tan especial. Hay 7 días de la semana, de hecho en muchos idiomas se les llama con los nombres de los planetas: lunes por la Luna, martes por Marte, miércoles por Mercurio, etc. Hay 7 notas musicales, hay 7 colores en el Arco Iris (eso fue una decisión de Newton al hacer pasar la luz blanca por un prisma).

Detalle Del Papiro Greenfield (el Libro de los Muertos de Nesitanebtashru). Representa al dios del aire Shu, asistido por los dioses con cabeza de carnero Je, la diosa del cielo Nut Apoyar el dios de la tierra Geb como se reclina debajo.

Detalle Del Papiro Greenfield (el Libro de los Muertos de Nesitanebtashru). Representa al dios del aire Shu, asistido por los dioses con cabeza de carnero Je, la diosa del cielo Nut Apoyar el dios de la tierra Geb como se reclina debajo. Fuente: Wikipedia

Para explicar los movimientos de los 7 planetas, Aristóteles, discípulo de Platón y maestro de Alejandro Magno, imaginó un sistema de esferas concéntricas, cada una ellas arrastraría un planeta y en la última estarían fijas las estrellas. Las esferas serían transparentes o cristalinas y estarían hechas, como los astros, de un elemento celestial que llamó quintaesencia (los cuatro elementos terrestres  eran la tierra, el aire, el agua y el fuego). Los cielos serían inmutables, perfectos, inmaculados. Los movimientos serían uniformes, circulares, eternos…La existencia de estas esferas no se puso en duda ni siquiera cuando una nueva concepción del mundo postulada por Nicolás Copérnico en el siglo XVI colocó al  Sol y no a la Tierra en el centro de su sistema del mundo.

Pero en 1577, en Europa se observó un Gran Cometa. Desplegó una enorme cola que fue visible durante un par de meses. El astrónomo danés Tycho Brahe lo estudió con detalle. Al analizar el movimiento del cometa, Tycho comprendió que debería atravesar las esferas cristalinas, concluyendo que tales esferas, como entidades sólidas, no debían estar en el cielo. A partir de entonces, dejó de creerse en su existencia.

No solo en astronomía se han postulado entidades cuya existencia más tarde se ha probado falsa. Cuando empezaron a circular los primeros microscopios parecía natural intentar observar células humanas. Unas de las células mejor diferenciadas y fáciles de obtener son los espermatozoides. A finales del s. XVII muchos filósofos de la naturaleza estaban convencidos de observar un hombrecito completamente formado al mirar un espermatozoide por el microscopio. Lo llamaron  “homúnculo” del latín humunculus que podríamos traducir por “hombrecito”. Mentes más abiertas y microscopios de mejor calidad mostraron que tal maniquí humano no existía en el esperma.  Así avanza la ciencia. Lo explica muy bien el filósofo austriaco del siglo XX Karl Popper: Las teorías se pueden plantear, a veces inspiradas por hechos o por apariencias (o por lo que se espera ver), pero finalmente necesitan de los experimentos y de las observaciones para ser validadas o refutadas. Hizo falta inversión en ciencia, en este caso mejorar la calidad los microscopios ópticos, para  afirmar con rotundidad la falsedad del homúnculo.

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Foto: Georgium Jacobum von Datschitz (Zentralbibliothek Zürich), via Wikimedia Commons

En ocasiones, aquello que se postula, aquello que los científicos imaginan como necesario para formular una teoría finalmente se encuentra y estos son momentos estelares de la ciencia. Predecir y confirmar es siempre más alentador que postular y rechazar. Hay una frase que nos encanta decir, no solo a los científicos, a todo el mundo: “¡Ya te lo decía yo!” El descubrimiento de Neptuno fue así. Ya hemos hablado de que en la antigüedad se conocían solo 5 planetas, con la Tierra serían 6. El séptimo, Urano, los descubrió, un poco por casualidad William Herschel, un astrónomo alemán que vivía en Inglaterra. Al estudiar este nuevo planeta, los astrónomos de la época se percataron de que su órbita presentaba unas anomalías que no se esperaban. Dos de ellos, Urbain Le Verrier, francés y John Couch Adams, inglés, concluyeron, utilizando la leyes de Newton, que esa anomalía se debía al tirón gravitatorio que produciría otro planeta más alejado. Calcularon incluso dónde observarlo y, allí, un astrónomo del Observatorio de Berlín, Johann Galle, que tenía el telescopio adecuado (¡siempre son los alemanes los que salen al rescate!), descubrió a Neptuno en 1846.  Muchos factores contribuyeron al descubrimiento: estaban las observaciones de las anomalías en Urano, las mentes agudas de Le Verrier y Adams, su imaginación, las matemáticas necesarias para hacer el cálculo, y la tecnología.  También es verdad que la casualidad ayudó. Solo hacía un par de años que Urano había adelantado a Neptuno girando ambos alrededor del Sol. Esta proximidad es la que hacía apreciable las anomalías en la órbita de Urano. Si ambos hubieran estado en lados opuestos del Sol, nadie habría notado nada y el descubrimiento habría tenido que esperar.

 

 

 

Un ejemplo más reciente de un momento estelar para la ciencia ha sido el descubrimiento del bosón de Higgs hace un año aproximadamente. Hace casi 50 años, diferentes físicos entre los que se encontraba el británico Peter Higgs, postularon la existencia de un campo, que se ha llamado campo de Higgs,  que permearía el espacio y dotaría efectivamente de masa a las partículas elementales que la tienen, diferenciándolas de las que no la tienen y viajan a la velocidad de la luz, como el fotón.

Interior del tunel LHC del CERN. Foto: Maximilien Brice - © 2009 CERN

Interior del tunel LHC del CERN. Foto: Maximilien Brice - © 2009 CERN

El mayor laboratorio de física de partículas del mundo, el CERN anunció, en julio de 2012, que dos colaboraciones  internacionales de miles de físicos (entre los que se encuentran muchos españoles) habían descubierto un bosón, que podría ser la partícula mediadora del campo de Higgs. Era un descubrimiento de gran importancia para la Física. Sin el bosón de Higgs, ninguna partícula tendría masa, no habría átomos, ni moléculas, ni planetas, ni estrellas,  y obviamente tampoco seres vivos. La imaginación y las ideas de Higgs y otros colegas ha mantenido activos a muchos científicos por mucho tiempo. Finalmente parece que se ha encontrado lo que se buscaba.  Estaba claro que se ha descubierto un campo nuevo de fuerzas, pero los físicos del CERN fueron muy cautos. Podíamos resumir la situación diciendo que el fenómeno observado en los detectores del LHC ara algo nuevo desconocido y compatible con el bosón de Higgs. Las colaboraciones ATLAS y CMS del LHC siguieron analizando los datos, en particular las propiedades cuánticas de la nueva partícula y todo sigue apuntando a que la partícula encontrada es el bosón de Higgs.  Pero hay todavía muchas preguntas sin respuesta. La reactivación del LHC en 2015, después de una parada técnica, proporcionará colisiones de energías nunca alcanzadas hasta la fecha en un acelerador. Seguro que estos choques majestuosos de protones aportarán novedades sobre el presunto bosón de Higgs. Queda por saber cómo interacciona con otras partículas, si lo hace de forma proporcional a su masa al cuadrado, su huella dactilar quedará definitivamente registrada como Higgs. El LHC podría aportar también nueva luz sobre otros problemas abiertos en física y cosmología: la propia composición del universo.

Hace más de 80 años que en cosmología se habla de materia oscura. La estabilidad de los cúmulos de galaxias y de las propias galaxias no se puede explicar con la física que conocemos y aceptamos como válida sin recurrir a la idea de un universo dominado por el lado oscuro. El astrónomo de origen suizo, pero afincado en California,  Fritz Zwicky intentó, en los años treinta, determinar la masa de los cúmulos de galaxias  y llegó a la conclusión de que, dadas las velocidades a las que se desplazan las galaxias en su seno (como las abejas en un enjambre), la única forma de explicar que el cúmulo no se disgregara en el espacio era que existiera una gran cantidad de materia no visible, que lo mantuviera ligado por efecto gravitatorio. Postuló, por primera vez,  la existencia de materia oscura. Su contribución a la masa total del cúmulo sería muy superior a la suma de la masa de las galaxias que lo componen. Recientemente otro componente todavía más misterioso parece necesario para poder explicar las observaciones más espectaculares que nos llegan del universo lejano. Estrellas que explotaron en forma de supernova hace miles de millones de años nos indican que el universo está expandiéndose aceleradamente. Esa aceleración la produciría un componente extraño del universo que llamamos energía oscura o también quintaesencia, reciclando el nombre que Aristóteles acuñó para el material estelar. El 96% del universo sería oscuro, desconocido, solo el 4 % estaría hecho del material ordinario que conocemos.  Si queremos saber de qué está hecho el universo hemos de seguir investigando y quizá algún día en nuestros laboratorios, en los aceleradores de partículas como el LHC en el CERN u observando con nuestros telescopios averiguaremos qué es la materia oscura y diremos: ¡Eureka! o ¡Ya te lo decía yo!…y será un momento estelar para la ciencia. La supersimetría, que extiende el modelo estándar, predice la existencia de partículas con las propiedades que debería tener la materia oscura. El LHC no las ha descubierto todavía, pues seguramente han escapado de sus límites de detección, pero cuando el LHC se reactive con mucha más energía podría dar con ellas o, al menos, sus colisiones podrían llevarnos a inferir la existencia de candidatos a materia oscura. Muchos físicos en todo el mundo trabajan para ello. El éxito llegará, pero también podría ocurrir que algún día descubramos que no existe tal entidad, porque una idea mejor o una evidencia nueva explican las observaciones cosmológicas más adecuadamente, sin necesidad de recurrir a la materia y la energía oscuras.  Habrán sido bellas ideas que marchitarán con el tiempo. Bellas ideas como lo fueron las esferas cristalinas de Aristóteles. Y aquí viene bien recordar el consejo del poeta inglés del s. XVIII, Alexander Pope, cuando decía “No seas el primero en probar las cosas nuevas, ni el último en dejar a un lado lo viejo”.

Vista aérea del CERN. Foto: © 2009 CERN

Vista aérea del CERN. Foto: © 2009 CERN

En ciencia la imaginación es fundamental. Albert Einstein decía que es incluso más importante que el conocimiento, pero también son cruciales los recursos que permiten investigar libremente y sin ataduras. Con la mente abierta y con la inversión adecuada, seguiremos explorando, seguiremos imaginando, seguiremos descubriendo, sin aferrase a ideas preconcebidas, sin temer a los dragones que podamos encontrar más allá, con paciencia pero con pasión, con ambición pero dejándose ayudar. Decía Heráclito “quien no espera no encontrará lo inesperado”. Esa es la actitud.

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One Response to Mas allá hay dragones

  1. Beatriz Monerri 29 noviembre, 2013 at 21:15 #

    ¡Estupendo e interesante artículo!
    Como decía Charles Darwin: “Es más frecuente que la confianza sea generada por la ignorancia que por el conocimiento. Son los que conocen poco y no los que conocen mucho , los que afirman tan positivamente que este o aquel problema nunca será solucionado por la ciencia”.
    La ciencia es lógica e imaginación. Sin ese chispa de intuición no se hubieran producido muchos logros científicos.
    Y para terminar con una frase de Einstein: “El hombre que ha perdido la facultad de maravillarse es como un hombre muerto”.

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