JoAnne Hewett siente vértigo, pero no deja de sonreír ni por un momento mientras habla entusiasmada ante una cámara de vídeo. Los asistentes a la fiesta en el consulado suizo de San Francisco hacen mucho ruido. La ocasión es muy especial: celebran que los primeros protones han empezado a circular por el túnel subterráneo del Gran Colisionador de Hadrones (LHC, Large Hadron Collider), a las afueras de Ginebra; un enorme acelerador de partículas situado en la frontera entre Francia y Suiza que ha comenzado su andadura para desentrañar los secretos del universo. Corre el champán, y no es de extrañar. La voz de Hewett se eleva enfática: «Llevo esperando este día vein-ti-cin-co años».
Es un momento importante. A estas alturas, en 2008, los físicos por fin han obtenido lo que llevaban tanto tiempo pidiendo para dar el siguiente gran paso adelante: un acelerador de partículas gigante que haga chocar entre sí protones de muy alta energía. Hubo un tiempo en que pensaron que lo construiría Estados Unidos, pero las cosas no salieron como se esperaba. Hewett estaba empezando su doctorado, en 1983, cuando el Congreso estadounidense aprobó la construcción en Texas del Supercolisionador Superconductor (SSC, Superconducting Super Collider). Estaba previsto que entrase en funcionamiento antes del año 2000, y habría sido el mayor colisionador jamás construido. Hewett, como tantos otros físicos brillantes y ambiciosos de su generación, pensaba que los descubrimientos que se realizarían en él constituirían los cimientos de sus carreras como investigadores.
Pero el SSC se canceló, lo que supuso una tremenda decepción para los físicos que confiaban en que serviría para marcar la dirección en que su disciplina evolucionaría en las décadas venideras. La política, la burocracia y las luchas internas lo impidieron. Ahora, el LHC, similar en muchos sentidos a como habría sido el SSC, está a punto de ponerse en marcha por primera vez, y Hewett y sus colegas están más que preparados para ello. «Durante los últimos veinticinco años, me he dedicado a tomar cualquier teoría que se propusiese, por disparatada que fuera, y calcular su signatura (la manera en que identificamos nuevas partículas) en el SSC o en el LHC.»
Existe otra razón más personal para explicar el vértigo que siente ahora Hewett. En el vídeo, lleva el pelo muy corto, casi rapado al cero. No es por capricho: unos meses antes, le diagnosticaron un cáncer de mama invasivo, y tenía alrededor de un 20 por ciento de probabilidades de que fuese terminal. Optó por un tratamiento muy agresivo, que incluía duras sesiones de quimioterapia y una sucesión en apariencia interminable de operaciones. Su característica melena pelirroja, que normalmente le caía hasta la cintura, desapareció enseguida. Había veces, reconoce entre risas, en que para mantener la moral alta pensaba en las nuevas partículas que encontrarían en el LHC.
JoAnne y yo nos conocemos desde hace años, somos colegas y amigos. Mi experiencia profesional se limita principalmente a la cosmología, el estudio del universo en su conjunto, un campo que ha entrado recientemente en una era dorada de datos nuevos y descubrimientos sorprendentes. La física de partículas, que, como disciplina intelectual, ha acabado siendo inseparable de la cosmología, sin embargo ha echado en falta nuevos resultados experimentales que sacudiesen el panorama teórico y nos permitiesen avanzar hacia nuevas ideas. La presión ha ido aumentando desde hace mucho tiempo. A otro de los físicos que asiste a la fiesta, Gordon Watts, de la Universidad de Washington, le preguntaron si la larga espera hasta la llegada del LHC había sido estresante. «Sí, totalmente. Mi mujer dice que este mechón de pelo gris que tengo es culpa de mi hijo, pero en realidad es por el LHC.»
La física de partículas está a punto de entrar en una nueva era, en la que algunas teorías se derrumbarán con estrépito y quizá se confirme que alguna de ellas es correcta. Cada uno de los físicos que está en la fiesta tiene su propio modelo favorito: bosones de Higgs, supersimetría, tecnicolor, dimensiones adicionales, materia oscura, una amplia variedad de ideas exóticas con repercusiones fantásticas.
«Lo que espero es que el LHC no encuentre “ninguna de las anteriores” —dice Hewett con entusiasmo—. Sinceramente, creo que va a ser una sorpresa, porque la naturaleza es más inteligente que todos nosotros y aún nos reserva unas cuantas sorpresas. Vamos a disfrutar de lo lindo tratando de entenderlo todo. ¡Va a ser estupendo!»
Pero eso fue en 2008. En 2012, la fiesta en San Francisco para celebrar la inauguración del LHC ha terminado, y la era de descubrimientos ya ha dado comienzo oficialmente. Su melena ha resurgido. El tratamiento fue agotador, pero parece que ha dado resultado. Y el experimento que llevaba toda su carrera esperando está haciendo historia. Tras dos décadas y media dedicada a la teoría, sus ideas por fin se están poniendo a prueba con datos reales, de partículas e interacciones que el ser humano nunca antes había visto, sorpresas que la naturaleza nos había estado reservando… Hasta ahora.
Demos un salto en el tiempo hasta el 4 de julio de 2012, jornada inaugural de la Conferencia Internacional sobre Física de Altas Energías. Es una reunión bianual, que se celebra cada vez en una ciudad diferente. Este año tiene lugar en Melbourne, en Australia. Cientos de físicos de partículas, incluida Hewett, llenan el auditorio principal para asistir a un seminario especial. Toda la inversión realizada en el LHC, todas las expectativas que se han creado a lo largo de los años, están a punto de dar sus frutos.
El seminario se retransmite desde el CERN, el laboratorio en Ginebra donde está ubicado el LHC. Hay dos presentaciones, que en otras circunstancias se habrían celebrado en Melbourne como parte del programa de conferencias. Pero, en el último minuto, los poderes fácticos decidieron que un momento de tal trascendencia se debía compartir con todas las personas que habían contribuido al éxito del LHC. El gesto era de agradecer: cientos de físicos hicieron cola en el CERN durante horas para poder asistir a las conferencias, cuyo inicio estaba previsto a las nueve de la mañana, haciendo noche con sus sacos de dormir para tratar de conseguir un buen sitio.
Rolf Heuer, director general del CERN, se encarga de presentar a los conferenciantes: el físico estadounidense Joe Incandela y la física italiana Fabiola Gianotti, portavoces de los dos grandes experimentos que recopilan y analizan los datos del LHC. En cada uno de los experimentos colaboran más de tres mil físicos, la mayoría de los cuales están pegados a las pantallas de sus ordenadores en diversos rincones del planeta. El acontecimiento se está retransmitiendo en directo por internet, no solo a Melbourne, sino para todo aquel que, en cualquier lugar del mundo, quiera conocer los resultados en tiempo real. Es el medio apropiado para esta celebración de la Gran Ciencia moderna: un proyecto internacional con mucho en juego y que promete ofrecernos recompensas estimulantes.
En las palabras tanto de Gianotti como de Incandela queda patente cierta tensión nerviosa, pero las presentaciones hablan por sí solas. Ambos ofrecen su sincero agradecimiento a todos los ingenieros y científicos que han contribuido a hacer posibles los experimentos. A continuación, explican en detalle por qué habríamos de confiar en los resultados que están a punto de presentar, dejando patente que entienden cómo funcionan sus aparatos y que el análisis de los datos es preciso y fiable. Solo después haber preparado meticulosamente el escenario nos revelan lo que han averiguado.
Ahí está: un puñado de gráficos en los que un ojo inexperto no vería gran cosa, pero con una característica recurrente: más eventos (recolección de partículas provenientes de una única colisión) de los esperados a una determinada energía en particular. Todos los físicos que se encuentran entre el público saben de inmediato lo que eso significa: una nueva partícula. El LHC ha vislumbrado una parte de la naturaleza que hasta ahora nunca nadie había visto. Incandela y Gianotti repasan el concienzudo análisis estadístico que se ha llevado a cabo con el objetivo de separar los descubrimientos reales de las inoportunas fluctuaciones estadísticas, y los resultados en ambos casos no dejan margen a la ambigüedad: esto es algo real.
Aplausos. En Ginebra, en Melbourne, en todo el mundo. Los datos son tan precisos y claros que incluso algunos científicos que trabajaron durante años en los experimentos están sorprendidos. Lyn Evans, el físico galés responsable, más que ninguna otra persona, de haber llevado el LHC a buen puerto tras una azarosa travesía, reconoció que estaba «alucinado» por el extraordinario grado de concordancia entre los dos experimentos.
Ese día yo también estaba en el CERN, haciéndome pasar por periodista en una sala de prensa próxima al auditorio. Se supone que los periodistas no deben aplaudir ante los acontecimientos que cubren, pero los reporteros allí congregados nos dejamos llevar por la emoción del momento. El éxito no era solo del CERN, o de la física. Era un éxito de toda la humanidad.
Creemos que sabemos qué es lo que hemos encontrado: una partícula elemental denominada «bosón de Higgs», en honor del físico británico Peter Higgs, que se encontraba en la sala donde se celebraron los seminarios. A sus ochenta y tres años, estaba visiblemente emocionado: «Nunca imaginé que llegaría a ver esto». También estaban presentes otros físicos veteranos que habían propuesto la misma idea en 1964. Las convenciones que se siguen para darles nombre a las teorías no siempre son justas, pero en ese momento todos podían sumarse a la celebración.
¿Qué es el bosón de Higgs? Es una de las partículas fundamentales de la naturaleza, que no son tantas. De hecho, se trata de un tipo de partícula muy especial. La física de partículas moderna contempla tres tipos de partículas: las partículas de materia, como los electrones y los quarks, que constituyen los átomos que forman todo lo que vemos a nuestro alrededor; las partículas de fuerza que transmiten la gravedad, el electromagnetismo y las fuerzas nucleares, que mantienen unidas las partículas de materia; y luego está el Higgs, único en su categoría.
El Higgs no es importante por lo que hace, sino por lo que es. La partícula de Higgs surge de un campo que se extiende por todo el espacio, conocido como el «campo de Higgs». Todas las cosas que existen en el universo visible, cuando se mueven en el espacio se desplazan a través del campo de Higgs, que siempre esta ahí, en un discreto segundo plano. Pero es importante: sin el Higgs, los electrones y los quarks no tendrían masa, como los fotones, las partículas de luz. Se moverían también a la velocidad de la luz, la formación de átomos y moléculas sería imposible, no digamos ya la existencia de vida tal y como la conocemos. El campo de Higgs no es un agente activo en la dinámica de la materia ordinaria, pero su presencia en segundo plano es fundamental. Sin él, el mundo sería un lugar completamente distinto. Y lo hemos encontrado.
Sin embargo, conviene ser prudentes. Lo que tenemos entre manos en realidad son evidencias de una partícula muy parecida al Higgs. Tiene la masa adecuada y se produce y se desintegra aproximadamente como cabía esperar. Pero aún es pronto para asegurar que lo que hemos descubierto es sin lugar a dudas el Higgs sencillo que predicen los modelos originales. Podría tratarse de algo más complicado, o formar parte de una compleja red de partículas interrelacionadas. De lo que no cabe duda es de que hemos encontrado una nueva partícula, que se comporta como creemos que debería hacerlo el Higgs. En este libro, tomaremos el 4 de julio de 2012 como el día en que se anunció el descubrimiento del bosón de Higgs. Si se acaba demostrando que la realidad es más sutil, mucho mejor para todos: a los físicos nos encantan las sorpresas.
Hay muchas esperanzas depositadas en que el descubrimiento del Higgs represente el comienzo de una nueva era en la física de partículas. Sabemos que hay física más allá de lo que entendemos a día de hoy, y el estudio del bosón de Higgs nos permite asomarnos a mundos aún por explorar. Los físicos experimentales como Gianotti e Incandela tienen un nuevo espécimen que estudiar; los teóricos como Hewett disponen de nuevas pistas a partir de las cuales construir mejores modelos. Hemos dado un gran paso adelante en la comprensión del universo, algo que llevábamos mucho tiempo esperando.
Esta es la historia de las personas que han dedicado sus vidas a descubrir la naturaleza última de la realidad, de la que el Higgs es un componente esencial. Entre ellos están los teóricos, armados de lápiz y papel, y animados a base de café y de acaloradas discusiones con sus colegas, dándole vueltas en sus cabezas a ideas abstractas. Están también los ingenieros, que empujan las máquinas y la electrónica mucho más allá de los límites de la tecnología actual. Y, sobre todo, están los experimentalistas, que combinan máquinas e ideas para descubrir nuevos aspectos de la naturaleza. En la física puntera moderna los proyectos cuestan miles de millones de euros y tardan décadas en completarse; son proyectos que exigen una extraordinaria dedicación y estar en disposición de hacer fuertes apuestas que prometen recompensas incomparables. Cuando se dan todas estas condiciones, el mundo se transforma.
La vida nos sonríe. Sírvase otra copa de champán.
La idea
Donde nos preguntamos por qué un grupo de personas con talento y ambición dedicarían sus vidas a la búsqueda de cosas tan pequeñas que no se ven.
La física de partículas es una actividad peculiar. Miles de personas dedican miles de millones de dólares a construir máquinas gigantes de varios kilómetros de diámetro, que lanzan partículas subatómicas a velocidades próximas a la de la luz y hacen que choquen entre sí, todo para descubrir y estudiar otras partículas subatómicas cuya repercusión sobre las vidas cotidianas de quienes no se dedican a la física de partículas es prácticamente nula.
Al menos, esa es una forma de entenderlo. Esta es otra: la física de partículas es la manifestación más pura de la curiosidad humana por el mundo en el que vivimos. Los seres humanos siempre nos hemos hecho preguntas y, desde la antigua Grecia, hace más de dos mil años, el impulso de explorar se ha transformado en un proyecto sistemático y de alcance mundial para descubrir las reglas básicas que rigen el funcionamiento del universo. La física de partículas surge directamente de nuestro insaciable deseo de entender el mundo: lo que nos motiva no son las partículas, sino el deseo humano de comprender lo que no entendemos.
Los primeros años del siglo XXI suponen un punto de inflexión. El último resultado experimental realmente sorprendente obtenido en un acelerador de partículas se produjo en la década de 1970, hace más de treinta y cinco años. (La fecha precisa depende de lo que cada uno entienda por «sorprendente».) No es porque los experimentalistas se hayan pasado todo este tiempo dormitando frente a sus aparatos, ni mucho menos. Las máquinas han mejorado a pasos agigantados y nos han permitido llegar a ámbitos que hasta hace bien poco parecían inalcanzables. El problema es que no han visto nada que no esperásemos encontrar de antemano. Para los científicos, que siempre anhelan una buena sorpresa, esto es algo extremadamente molesto.
El problema, dicho de otro modo, no es que los experimentalistas no hayan estado a la altura, es que la teoría era demasiado buena. En el mundo especializado de la ciencia moderna, la brecha entre los roles de «experimentalistas» y «teóricos» ha ido creciendo, en particular en la física de partículas. Lejos quedan ya los días en que un genio como el físico italiano Enrico Fermi podía proponer una nueva teoría de las interacciones débiles y, sin solución de continuidad, dirigir la construcción del reactor donde se produciría la primera reacción nuclear en cadena artificial autosostenible. Hoy en día, los teóricos de partículas garabatean en sus pizarras las ecuaciones que acabarán dando lugar a modelos específicos, modelos que pondrán a prueba los experimentalistas, que recopilan datos con máquinas de una precisión exquisita. Los mejores exponentes del campo teórico están muy al día de los experimentos, y viceversa, pero no existe nadie capaz de dominar ambos ámbitos.
Durante la década de 1970, la mejor teoría de la física de partículas de que disponemos recibió sus últimos retoques. Esta teoría responde al anodino nombre de «Modelo Estándar», y es la que describe los quarks, los gluones, los neutrinos y cualquier otra partícula de la que el lector haya oído hablar. Como los famosos de Hollywood o los políticos carismáticos, elevamos las teorías a un pedestal para poder despedazarlas mejor. En física, uno no se hace famoso por demostrar que la teoría que otra persona propuso es correcta, sino por poner en evidencia cuáles son sus fallos, o por proponer una mejor.
Pero el Modelo Estándar es obstinado. Durante décadas, cada uno de los experimentos que hemos podido llevar a cabo aquí en la Tierra ha confirmado diligentemente sus predicciones. Toda una generación de físicos de partículas ha ido ascendiendo por el escalafón académico, de estudiantes a catedráticos, sin disponer de un solo fenómeno nuevo que poder descubrir o explicar. La espera ha llegado a hacerse prácticamente insoportable.
Todo esto está cambiando. El Gran Colisionador de Hadrones, donde chocan partículas a energías que la humanidad nunca antes había alcanzado, representa una nueva era para la física. Pero no es solo que la energía sea más elevada. Se trata de una energía con la que llevamos años soñando, donde esperamos encontrar nuevas partículas que la teoría predice y, con suerte, alguna que otra sorpresa: es la energía donde la fuerza conocida como «interacción débil» oculta sus secretos.
Hay mucho en juego. Nos asomamos a lo desconocido y puede suceder cualquier cosa. Infinidad de modelos teóricos compiten entre sí por predecir lo que el LHC encontrará. No sabemos lo que habrá allí hasta que miremos. En el centro de todas las especulaciones se encuentra el bosón de Higgs, una humilde partícula que representa tanto la última pieza del Modelo Estándar como el primer atisbo del mundo que existe más allá del mismo.
Junto a la costa del Pacífico, en el sur de California, a una hora y media en coche de Los Ángeles, donde vivo, existe un lugar mágico donde los sueños se hacen realidad: Legoland. En Dino Land, Fun Town y otras atracciones, los niños se maravillan ante un mundo intrincado construido a base de Lego, esos pequeños bloques de plástico que se pueden ensamblar en infinitas combinaciones.
Legoland se parece mucho al mundo real. En cualquier momento dado, el mundo que nos rodea contiene normalmente todo tipo de sustancias: madera, plástico, tejidos, cristal, metal, aire, agua, cuerpos de seres vivos. Objetos de todo tipo, con propiedades muy diversas. Pero, cuando las miramos más de cerca, descubrimos que esas sustancias en realidad no son tan distintas entre sí. Son simplemente distintas maneras de organizar una pequeña cantidad de bloques fundamentales: las partículas elementales. Como los edificios de Legoland, las mesas, los coches y las personas son ejemplos de la asombrosa diversidad que se puede lograr a partir de un reducido número de piezas sencillas que pueden combinarse de diversas formas. El tamaño de un átomo es aproximadamente una billonésima parte del de una pieza de Lego, pero los principios son similares.
La idea de que la materia está compuesta de átomos nos parece de lo más natural. Es algo que aprendemos en el colegio, mientras hacemos experimentos en aulas en cuyas paredes cuelga la tabla periódica de los elementos. Es fácil perder de vista lo asombroso que es este hecho. Hay cosas duras y cosas blandas; cosas ligeras y cosas pesadas; cosas líquidas, sólidas y gaseosas; cosas transparentes y opacas; cosas vivas y otras que no lo están. Pero, bajo la superficie, todas esas cosas están en realidad compuestas del mismo tipo de materia. En la tabla periódica figuran alrededor de un centenar de átomos, y todo lo que nos rodea no es más que una combinación de ellos.
La confianza en la idea de que podemos entender el mundo a partir de unos pocos ingredientes básicos viene de lejos. En la Antigüedad, varias culturas distintas (babilonios, griegos o hindúes, entre otros) inventaron un conjunto sorprendentemente consistente de cinco «elementos», de los que estaban compuestos todos los objetos. Los que nos resultan más familiares son la tierra, el aire, el fuego y el agua, pero había también un quinto elemento celestial: el éter o quintaesencia. (Sí, de ahí viene el nombre de la película de Bruce Willis y Milla Jovovich, El quinto elemento.) Como sucede con muchas otras ideas, fue Aristóteles el que desarrolló a partir de ella un elaborado sistema, según el cual cada elemento tendía a su estado natural particular: por ejemplo, la tierra tiende a caer y el aire a ascender. Mezclando los elementos en distintas combinaciones, podemos obtener las distintas sustancias que vemos a nuestro alrededor.
Demócrito, un filósofo griego anterior a Aristóteles, afirmó que todo lo que conocemos está compuesto por diminutas piezas indivisibles, que llamó «átomos». Por un desafortunado accidente de la historia, John Dalton, un químico de principios del siglo XIX, se sirvió de esta terminología para referirse a las partes que definen los elementos químicos. Hoy en día sabemos que los átomos no son en absoluto indivisibles: constan de un núcleo compuesto por protones y neutrones, alrededor del cual orbita un conjunto de electrones. Ni siquiera los protones y los neutrones son indivisibles, pues están a su vez compuestos por piezas aún más pequeñas denominadas «quarks».
Los quarks y los electrones son los verdaderos átomos, en el sentido de elementos indivisibles de la materia que el término tenía para Demócrito. Hoy en día los llamamos «partículas elementales». Los protones y neutrones del núcleo atómico están formados por dos tipos de quarks, conocidos juguetonamente como «up» («arriba») y «down» («abajo»). De manera que, a fin de cuentas, nos basta con tres partículas elementales para formar cualquier pedazo de la materia que percibimos directamente a nuestro alrededor: electrones, quarks up y quarks down. Un avance respecto a los cinco elementos de la Antigüedad, y una gran mejora respecto a la tabla periódica.
Pero reducir el mundo a tan solo tres partículas es un poco excesivo. Aunque los electrones y los quarks up y down nos bastan para dar cuenta de los coches, los ríos y los cachorros, no son las únicas partículas que hemos descubierto. De hecho, existen doce tipos distintos de partículas de materia: seis quarks, sujetos a la interacción fuerte y confinados dentro de conjuntos más amplios, como los protones y los neutrones, y seis «leptones», que pueden desplazarse independientemente por el espacio. También tenemos las partículas portadoras de las fuerzas, que los mantienen unidos en las diferentes combinaciones que vemos. Sin las partículas de fuerza, el mundo sería un lugar muy aburrido: las partículas individuales se moverían por el espacio únicamente en línea recta, y nunca interaccionarían entre sí. El conjunto de ingredientes que necesitamos para explicar todo lo que vemos a nuestro alrededor es bastante reducido, pero la verdad es que podría serlo aún más. A los físicos de partículas modernos les mueve el deseo de conseguir hacerlo mejor.
El Modelo Estándar de la física de partículas consiste en: doce partículas de materia, más un grupo de partículas transmisoras de las fuerzas que las mantienen unidas. No es la representación más pulcra del mundo, pero concuerda con todos los datos. Hemos reunido todas las piezas que necesitamos para describir satisfactoriamente el mundo que nos rodea, al menos aquí en la Tierra. Tenemos evidencia de que en el espacio existen cosas como la materia oscura y la energía oscura, que, por si acaso hiciera falta, nos recuerdan obstinadamente que aún nos quedan muchas cosas por entender. Porque el Modelo Estándar no las explica.
En general, el Modelo Estándar se divide nítidamente entre partículas de materia y partículas portadoras de las fuerzas. El bosón de Higgs es diferente. Esta partícula, que debe su nombre a Peter Higgs, una de las personas que propusieron la idea en la década de 1960, es una especie de patito feo. Técnicamente, es una partícula transmisora de fuerza, pero distinta de las que estamos más acostumbrados a encontrarnos. Desde el punto de vista de un físico teórico, el Higgs parece un añadido arbitrario y caprichoso a una estructura por lo demás hermosa. Si no fuese por el bosón de Higgs, el Modelo Estándar sería el paradigma de la elegancia y la virtud; en cambio, con él, es un lío. Y encontrar al culpable del desaguisado no ha resultado ser una tarea sencilla.
Entonces, ¿por qué tantos físicos estaban convencidos de que tenía que existir el bosón de Higgs? El lector oirá explicaciones como: «para proporcionar masa a otras partículas» y «para romper simetrías». Ambas son ciertas, pero no es fácil hacerse una idea rápida de lo que significan. Lo fundamental es que, sin el bosón de Higgs, el Modelo Estándar tendría un aspecto muy diferente y no se parecería en nada al mundo real. Con el bosón de Higgs, encaja perfectamente.
Los físicos teóricos intentaron por todos los medios encontrar teorías que no incorporasen un bosón de Higgs, o en las que el bosón fuese muy distinto del que predice el Modelo Estándar. Muchas de estas teorías no superaron la prueba de la confrontación con los datos, y otras eran innecesariamente complicadas. Ninguna parecía aportar una verdadera mejora.
Y ahora hemos encontrado el Higgs. O algo que se le parece mucho. Dependiendo del cuidado que pongan al referirse a él, los físicos dirán cosas como: «Hemos descubierto el bosón de Higgs», o «Hemos descubierto una partícula de tipo Higgs, o incluso «Hemos descubierto una partícula que se parece al Higgs». El anuncio del 4 de julio describía una partícula que se comporta de forma muy parecida a como se supone que debería hacerlo el Higgs: se desintegra en otras partículas aproximadamente de la manera en que esperábamos que lo hiciera. Pero aún es pronto y, mientras seguimos recopilando datos, queda mucho margen para la sorpresa. Los físicos no quieren que sea el Higgs que todos esperamos; siempre es más interesante y divertido encontrar algo inesperado. En los datos actuales hay pequeños indicios de que la nueva partícula podría no ser exactamente el Higgs que esperamos. Solo saldremos de dudas con más experimentos.
Una vez me hicieron una entrevista sobre física de partículas, gravitación, cosmología y demás en una radio local. Era 2005 y se cumplía el centenario de 1905, el «año milagroso» de Albert Einstein, cuando publicó un conjunto de artículos que pusieron patas arriba el mundo de la física. Hice lo que pude para explicar algunos de esos abstractos conceptos, gesticulando con las manos, algo que no puedo evitar hacer ni siquiera cuando sé que estoy en la radio.
El entrevistador parecía contento, pero, cuando ya habíamos terminado y mientras recogía su equipo de grabación, se le encendió una bombilla en la cabeza. Me preguntó si le podría responder a una pregunta más. Por supuesto, le dije, y volvió a sacar el micrófono y los auriculares. La pregunta era sencilla: «¿Por qué habría de importarle a alguien todo esto?». Al fin y al cabo, no iba a ayudarnos a encontrar la cura del cáncer, ni a fabricar un teléfono inteligente más barato.
La respuesta que se me ocurrió entonces me sigue pareciendo razonable: «A los seis años, todo el mundo hace preguntas como esta. ¿Por qué el cielo es azul? ¿Por qué caen las cosas? ¿Por qué unas cosas están frías y otras calientes? ¿Cómo funciona todo esto?». No tenemos que aprender a interesarnos por la ciencia: los niños son científicos natos. Todos esos años que pasamos formándonos y las presiones de la vida real acaban con esa curiosidad innata. Empezamos a preocuparnos por conseguir trabajo, conocer a alguien especial, criar a nuestros hijos; dejamos de preguntarnos cómo funciona el mundo y empezamos a preguntarnos cómo podemos hacer que nos funcione a nosotros. Más tarde encontré estudios que demostraban que a nuestros hijos les encanta la ciencia hasta que alcanzan edades de entre diez y catorce años.
Hoy en día, después de más de cuatrocientos años dedicados concienzudamente a la aventura de la ciencia, tenemos muy pocas respuestas que darle al niño de seis años que llevamos dentro. Sabemos tanto sobre el mundo físico que las preguntas aún sin respuesta tenemos que encontrarlas en lugares remotos y ambientes extremos. Así es en la física, al menos; en campos como la biología o la neurociencia no es difícil encontrar preguntas cuyas respuestas aún se nos escapan. Pero la física —al menos el subcampo de la física «fundamental», que estudia los elementos básicos que constituyen la realidad— ha hecho que avance tanto el horizonte de nuestra comprensión que necesitamos construir aceleradores y telescopios gigantes para recopilar nuevos datos que no encajen con nuestras teorías actuales.
Una y otra vez a lo largo de la historia de la ciencia, la investigación básica —la que se lleva a cabo por mera curiosidad, pues no ofrece ningún beneficio tangible inmediato— ha demostrado, casi a su pesar, que sí que proporciona enormes beneficios tangibles. Allá por 1831, un político inquisitivo le preguntó a Michael Faraday, uno de los padres de la idea moderna del electromagnetismo, sobre la utilidad de esa cosa nueva de la «electricidad». Su respuesta apócrifa fue: «La desconozco, pero estoy convencido de que algún día su gobierno nos hará pagar impuestos por ella». (Las pruebas de que esta conversación se produjese son escasas, pero la historia es tan buena que la gente sigue contándola.) Un siglo más tarde, varias de las mentes más preclaras de la ciencia se las veían con el nuevo campo de la mecánica cuántica, arrastrados por varios resultados experimentales desconcertantes que terminarían por sacudir los cimientos de toda la física. Por aquel entonces era algo bastante abstracto, pero con el tiempo dio lugar a los transistores, los láseres, la superconductividad, los diodos emisores de luz (LED, Light-Emitting Diodes) y todo lo que sabemos sobre la energía nuclear (y las armas nucleares). De no ser por la investigación básica, el mundo actual sería un lugar completamente distinto.
Incluso la relatividad general, la deslumbrante teoría del espacio y el tiempo de Einstein, tiene aplicaciones prácticas. Si alguna vez ha utilizado un aparato GPS (Global Positioning System: Sistema de Posicionamiento Global) para ver cómo llegar a algún lugar, ha hecho uso de la relatividad general. Una unidad GPS, como la que incorpora su teléfono móvil o el sistema de navegación de su coche, recibe señales de un conjunto de satélites en órbita y a partir de una medición precisa del tiempo de esas señales calcula por triangulación la ruta hasta un punto sobre la superficie terrestre. Pero, según Einstein, los relojes que están en órbita (y, por tanto, sometidos a un campo gravitatorio más débil) marcan el tiempo un poquito más rápido que los que se encuentran al nivel del mar. Un efecto pequeño, desde luego, pero que se va acumulando. Si no tuviésemos en cuenta la relatividad, las señales GPS irían perdiendo precisión (y utilidad) progresivamente y, al cabo de un solo día, el error en la localización sería de varios kilómetros.
Pero las aplicaciones tecnológicas, aunque importantes, no son en última instancia lo fundamental para JoAnne Hewett, para mí, o para cualquiera de los físicos experimentales que dedican tantas horas a construir equipos y a revisar datos. Cuando se producen, son estupendas, y todos estaremos encantados si alguien utiliza el bosón de Higgs para encontrar un remedio para el envejecimiento. Pero esa no es la razón por la que lo buscamos. Tratamos de encontrarlo porque somos curiosos. El Higgs es la última pieza de un rompecabezas que llevamos muchísimo tiempo intentando resolver. Encontrarlo es en sí mismo nuestra recompensa.
No habríamos encontrado el Higgs sin el Gran Colisionador de Hadrones (otro de esos nombres tan poco afortunados para algo que encarna la pasión humana por los descubrimientos). El LHC es la máquina más grande y compleja jamás construida por los seres humanos, al exorbitante precio de nueve mil millones de dólares. Los científicos que trabajan en el CERN esperan que sea productivo durante al menos cincuenta años. Pero no son tan pacientes: preferirían realizar descubrimientos capaces de cambiar el mundo cuanto antes, y se lo agradecemos.
Se mida como se mida, el LHC es colosal. Se concibió en los años ochenta y el permiso para su construcción se obtuvo en 1994. Mucho antes de que se pusiese en marcha, el LHC ya había saltado a los titulares, pues hubo varios intentos de detener su construcción en los tribunales, alegando que podría crear agujeros negros capaces de tragarse el mundo entero. Ninguno de ellos tuvo éxito, y el colisionador gigante entró plenamente en funcionamiento en 2009.
El 13 de diciembre de 2011, físicos de todo el mundo —y unos cuantos mirones interesados— se congregaron en salas de conferencias y frente a sus ordenadores para escuchar dos presentaciones de los investigadores del LHC. El asunto que se trataría era la búsqueda del bosón de Higgs, un tema muy frecuente en los seminarios de física, en los que el mensaje casi siempre es: «La búsqueda va bien. ¡Deseadnos suerte!». Esta vez era diferente. Desde varios días antes, en internet circulaban rumores de que no nos darían el mensaje habitual, sino que esta vez nos dirían: «Pues sí, es posible que estemos viendo algo. Puede que por fin hayamos obtenido evidencia de que el bosón de Higgs está realmente ahí».
La respuesta es que sí, que había indicios de que el LHC estaba realmente viendo el Higgs. Pero solo eran indicios, nada definitivo. El LHC hace chocar entre sí protones a energías increíbles, y dos enormes detectores experimentales observan las partículas que surgen de esas colisiones. El número de veces que dos fotones (partículas de luz) de alta energía que se producían a una determinada energía era ligeramente mayor de lo que cabría esperar si no existiese el bosón de Higgs. Lo cual era una prueba de que probablemente algo pasaba, sin duda, aunque aún no podía considerarse un descubrimiento. Pero todo pintaba bien. Rolf Heuer concluyó la rueda de prensa con un guiño: «Nos vemos el año que viene con un descubrimiento».
Y eso hicieron. El 4 de julio de 2012, dos nuevos seminarios nos pusieron al día sobre la búsqueda del Higgs. Esta vez no se trataba de indicios sugerentes; habían encontrado la partícula, no cabía duda. Miles de físicos de todo el mundo aplaudieron con una mezcla de satisfacción y de alivio: el LHC era un éxito.
La física de partículas se encuentra en un momento crucial. Forma parte fundamental de la prolongada búsqueda de la humanidad para entender cómo funciona el universo, pero también es muy cara. Y su futuro es incierto.
La búsqueda del bosón de Higgs no es solo una historia de partículas subatómicas e ideas esotéricas, sino también de dinero, política y envidias. Un proyecto en el que participan tantas personas, una cooperación internacional sin precedentes, y un buen número de importantes avances tecnológicos no se llevan a buen puerto sin ciertas dosis de confabulaciones y trapicheos, y algún que otro engaño.
El LHC no es el primer acelerador de partículas gigante que ha tratado de encontrar el Higgs. Antes estuvo el Tevatrón, en el Fermi National Accelerator Laboratory (Fermilab), a las afueras de Chicago, que entró en funcionamiento en 1983 y se apagó definitivamente en septiembre de 2011, después de una productiva vida que incluyó el descubrimiento del quark top, pero no el Higgs. Después vino el Gran Colisionador de Electrones y Protones (LEP, Large Electron-Positron Collider), activo entre 1989 y 2000 en el mismo túnel subterráneo que alberga ahora al LHC. En lugar de hacer chocar protones, relativamente masivos y que tienden a producir caóticas salpicaduras de partículas al encontrarse, en el LEP las colisiones eran entre electrones y positrones, su partícula gemela de antimateria. Esa configuración hizo posible realizar mediciones muy precisas, pero en ninguna de ellas se reveló el Higgs.
Y, finalmente, el Supercolisionador Superconductor (SSC, Superconducting Super Collider), al que Hewett se refería con melancolía. El SSC era la versión estadounidense del LHC, solo que más grande y mejor, y se esperaba que estuviese listo antes. Se propuso en la década de 1980 y estaba previsto que funcionase a energías casi tres veces mayores que las que algún día alcanzará el LHC (cinco veces mayores que las que consigue actualmente). Pero el LHC puede alardear de una enorme ventaja respecto al SSC: se construyó.
Tras apenas dos años en funcionamiento, el LHC nos ha obsequiado con un verdadero descubrimiento: una partícula que se parece mucho al bosón de Higgs. Supone el final de una era, pero también el comienzo de otra. El Higgs no es simplemente una partícula más. Es una partícula especial, que podría interactuar de manera muy natural con otras clases de partículas que aún no hemos detectado. Sabemos que el Modelo Estándar no es la respuesta definitiva: la materia oscura que han cartografiado los astrónomos es una prueba evidente de ello. El Higgs podría ser el portal que conecte nuestro mundo con otro que se encuentra apenas fuera de nuestro alcance. Una vez encontrada la nueva partícula, tenemos por delante décadas de trabajo para llegar a conocer sus propiedades y para saber hasta dónde nos puede llevar.
El futuro a largo plazo de la física de partículas está aún por definir. Hace un siglo, o incluso cincuenta años, era posible realizar un descubrimiento fundamental utilizando un equipo que podía montar un solo científico con la ayuda de su equipo de estudiantes. Puede que esa época haya terminado. Si el LHC solo nos proporciona el Higgs, será cada vez más complicado convencer a los gobiernos reticentes para que dediquen aún más dinero a la construcción del siguiente colisionador.
Una máquina como el LHC representa una inversión de miles de millones de dólares, pero también de miles de personas-años de esfuerzo por parte de científicos entregados que dedican sus vidas a profundizar un poquito más en los misterios de la naturaleza. Personas como Lyn Evans, que ayudó a construir el LHC, o JoAnne Hewett, que estudió innumerables modelos teóricos, o Fabiola Gianotti y Joe Incandela, que lideraron sus respectivos experimentos hasta alcanzar un logro histórico, han hecho una apuesta enorme. Han apostado por que esta máquina nos conducirá a una nueva era de descubrimientos, y lo que han puesto en juego son muchos años de sus vidas profesionales. El descubrimiento del Higgs supone una reivindicación de todo el trabajo realizado. Pero, como dice Hewett, lo que queremos de verdad es que algo nos sorprenda, descubrir algo que nadie hubiese previsto. Eso es lo que realmente nos pondría las pilas.
Históricamente, a la naturaleza se le ha dado muy bien eso de sorprendernos.