El mediàtic bosó de Higgs fa deu anys

“Crec que el tenim. Hi esteu d’acord?”. Amb aquestes paraules, Rolf-Dieter Heuer, aleshores director general de l’Organització Europea per a la Recerca Nuclear (CERN), anunciava el 4 de juliol del 2012 que al col·lisionador de partícules LHC s’havia detectat el famós bosó de Higgs. La partícula havia adquirit al llarg de les últimes dècades una aura de misteri i d’expectació perquè era l’única peça no descoberta d’un gran trencaclosques, el model estàndard de la física de partícules, una construcció matemàtica desenvolupada al llarg del segle XX per explicar de què està feta la matèria en la seva escala més fonamental i com es comporta. El paper del bosó de Higgs en aquest entramat és tan simple d’escriure com difícil d’entendre: es tracta d’un mecanisme que proveeix de massa la resta de partícules.

Malgrat ser una de les idees més críptiques de la física, l’anunci de la troballa d’aquesta partícula el van seguir mig milió de persones en directe, va aparèixer en cinc mil informatius de tot el món i fins i tot hi va haver gent que va acampar al voltant del laboratori per assistir presencialment a l’anunci. La història, però, venia de lluny.

De subterfugi formal a partícula real

“El bosó de Higgs es va plantejar d’una manera molt hipotètica”, explica Eugeni Graugés, investigador de l’Institut de Ciències del Cosmos de la Universitat de Barcelona (ICCUB). Als anys 60, s’havia construït el model estàndard però encara s’havien de descobrir moltes de les partícules que en formaven part. Tot i així, el model funcionava molt bé tret d’un petit detall: era incapaç de donar cap explicació sobre la massa de les partícules. I, esclar, la immensa majoria de les coses, des d’un electró fins a un gratacels, tenen massa.

Per resoldre aquest defecte, quatre grups d’investigadors entre els quals hi havia Peter Higgs, que és l’únic que ha passat a la història per al gran públic, van proposar de manera independent un mecanisme de la física de materials que consistia en una interacció nova que no havia vist mai ningú. “Era un exercici formal que la comunitat de la física teòrica considerava més aviat com un subterfugi: no podia ser que la realitat fos tan lletja i que aquell pegat funcionés –revela Graugés–. Era una partícula diferent de totes les altres”, afegeix Martine Bosman, investigadora de l’Institut de Física d’Altes Energies” (IFAE).

Explicat de manera molt senzilla, aquells científics proposaven que tot l’espai estava amarat d’una entitat anomenada camp de Higgs, que es podia condensar en una partícula i que feia que a les altres partícules els costés desplaçar-se més o menys en funció de la seva naturalesa. A les que els costava més, se’ls atribuïa més massa. Com si aquell camp fos una estora per la qual es desplaça més fàcilment una bola de metall (partícula lleugera) que un tronc de fusta (partícula massiva). Sense aquest camp, per tant, totes les partícules es mourien sense cap dificultat i no tindrien massa. A més de semblar artificial, la proposta predeia l’existència de dues noves partícules anomenades bosons W i Z, que, esclar, també caldria detectar. “Tot això eren suposicions i l’única manera de saber si eren certes era produir les partícules en un accelerador i detectar-les, i això és el que va passar”, diu Bosman. Els bosons W i Z es van descobrir als anys 80 i el Higgs el 2012.

Bosman va començar a treballar en el projecte per detectar el bosó de Higgs el 1993. Divuit anys després, es posava en marxa la versió més potent i renovada de l’LHC, que havia de permetre trobar aquesta partícula. Com que el col·lisionador disposava de més energia que mai, els científics pensaven que, a més del Higgs, trobarien altres partícules que els servirien per explicar algunes coses que el model estàndard no explica: per què hi ha més matèria que antimatèria si, al principi de l’Univers, n’hi havia la mateixa quantitat de cada, o què és aquesta substància anomenada matèria fosca que impregna les galàxies i de la qual només es detecten els efectes gravitatoris, o per què l’Univers s’expandeix cada vegada més ràpidament en virtut d’aquesta entitat misteriosa que s’ha batejat com a energia fosca. A més, els físics teòrics havien desenvolupat uns models que qualificaven de supersimètrics i que predeien l’existència de moltes noves partícules. Però a l’LHC només es va trobar el Higgs.

Un goig i un cop dur

Segons Bosman, trobar-lo va significar “un salt qualitatiu” en la física de partícules. Per a Graugés, va ser “impressionant, un goig, una alegria, però també un cop dur, perquè pensàvem que sortiria una nova zoologia que solucionaria molts problemes”. Però només va sortir el Higgs. Els experiments posteriors van servir per conèixer millor les propietats d’aquesta partícula però no per detectar-ne de noves. “Totes les mesures que s’han fet després quadren amb el model estàndard”, confirma Bosman.

Tot i això, en alguns experiments recents hi ha indicis d’alguns processos que el model estàndard no explicaria correctament. De moment, però, “no hi ha res concloent per afirmar que el model estàndard no funciona”, confirma Graugés. Confirmar o descartar aquests indicis és precisament un dels objectius de la nova tanda d’experiments que s’acaben de posar en marxa a l’LHC després de tres anys d’actualitzacions i millores.