The Goddamn Particle (I)

Hoy, 4 de julio de 2012, parece ser un día histórico para la Física. Hemos desayunado con la noticia de que el bosón de Higgs, la -mal- llamada "partícula de Dios" (The God Particle), al fin podría haber sido puesta en evidencia.

'The God Particle: if the Universe is the answer, what is the question?' es el título de un libro divulgativo acerca del bosón de Higgs del físico norteamericano Leon Max Lederman, Premio Nobel de Física en 1988 por su trabajo con los neutrinos. La idea inicial de Lederman era titular su obra como "The Goddamn Particle: if...", lo que podríamos traducir como "la maldita partícula", en alusión a lo escurridiza que resultaba cuando se trataba de hallarla. No obstante, su editor le convenció para modificar el sobrenombre del engendro por el de Partícula de Dios, lo cual ha servido para que más de un religioso anticiencia se aprovechase para afirmar que el hallazgo de tal entidad serviría para demostrar la existencia de Dios, en una simple y pueril asociación de términos. Nada más lejos de la realidad.

¿Qué es el bosón de Higgs? ¿Qué se consigue con su hallazgo? ¿En qué va a cambiar este descubrimiento la Física y, más en concreto, la vida cotidiana de la gente? Durante los próximos días asistiremos a un sinfín de periodistas o bloggeros empeñados en explicar lo más claramente posible qué supone el anuncio del CERN y qué es esa puñetera partícula. Yo, como bloggero recién estrenado intentaré aportar mi propio -y escasamente valioso- intento.

La gran mayoría del público profano en Ciencia y más concretamente en Física, desconoce completamente cómo se trabaja en este campo. Es más, la confusión de términos y conceptos general es bastante amplia. La Física, al contrario que las Matemáticas, es una ciencia experimental, cuya forma de trabajar se basa en el principio de inducción. Un observador, en Física, contempla el resultado final de cómo es la realidad y a partir de éste construye teorías para intentar explicarla. Por ejemplo, Sir Isaac Newton construyó sus leyes para explicar la dinámica de los objetos a partir de la observación experimental: observó que una manzana siempre caía perpendicularmente al suelo e intentó hallar una teoría que pudiese explicar ese fenómeno. Ahora bien, si formulamos una teoría que diga que la manzana es una clase de objeto especial y sólo ella caería perpendicularmente, obviamente tal teoría debería ser desechada, pues la observación experimental de otros fenómenos (caída de otro tipo de objetos, que también es perpendicular al suelo) la contradice. Así pues, con este burdo ejemplo pretendemos ilustrar la forma de trabajar: la observación experimental de algún fenómeno induce la formulación de una teoría, que a su vez debe ser puesta a prueba en cualquier otro fenómeno que pueda observarse.

Nótese que el proceso implica que los modelos para explicar la realidad en Física nunca dejan de ser teorías puesto que, a priori, el número de fenómenos a observar en la realidad podría ser infinito y comprobar que una teoría satisface todos ellos sería literalmente imposible. Es por ello que la ciencia, en contraposición a la religión y sus dogmas, constantemente puede ser modificada, en tanto en cuanto se observe experimentalmente algún fenómeno que contradiga el paradigma actual, entendiendo como paradigma el conjunto de teorías y modelos que, hasta el momento, han proporcionado predicciones correctas (esto es, no invalidadas por alguna nueva observación) a los problemas científicos, es decir, a los planteamientos de posibles sucesos. Dicho dentro de nuestro ejemplo, si yo tengo interés en saber qué ocurrirá si dejo caer peras, limones o cualquier clase de objetos en lugar de manzanas, y la teoría que he formulado predice los resultados que se obtienen en la realidad, entonces mi teoría explica satisfactoriamente la caída de cualquier clase de objeto. Mi teoría será válida salvo que encuentre algún objeto que caiga de manera distinta a cómo predice la misma. Tratamos, pues, de encontrar los principios básicos (axiomas) por los que funciona la Naturaleza partiendo de la observación experimental (resultados). Inducción.

Nótese también que, como decíamos, la manera de trabajar en Matemáticas es diametralmente opuesta. En Matemáticas, que es una ciencia pura, se definen una serie de axiomas que rigen el comportamiento de los elementos a estudiar. A partir de los axiomas se extraen una serie de consecuencias que desembocan en la obtención de resultados. Deducción. Las Matemáticas, pues, son ciencias puras, abstractas, exactas, no necesariamente relacionadas con la realidad, sino con la propia definición de sus axiomas. Ahora bien, puesto que la realidad es tremendamente complicada, con una cantidad ingente de factores que intervienen en cada fenómeno a estudiar, normalmente la Física se vale de modelos matemáticos (esto es, ideales, perfeccionados, no estrictamente reales) que se aproximen a los resultados reales y permitan trabajar con ellos de modo asequible.

Los tres párrafos anteriores, aun sin tener demasiado que ver con el bosón de Higgs, contienen conceptos que todo estudiante de algún curso de Física o Matemáticas -e incluso toda persona con un mínimo de cultura general- debería tener meridianamente claros. ¿Por qué se buscaba la existencia del bosón de Higgs? En vista de lo anterior podemos hacernos rápidamente una idea. Los fenómenos observados previamente con partículas subatómicas condujeron a la elaboración y perfeccionamiento de una teoría que los explicase satisfactoriamente. Dicha teoría se conoce como Modelo de Partículas Estándar y en la misma se postula la existencia de objetos conocidos como campo de Higgs y bosón de Higgs. Es decir, se admite la existencia de los mismos aún sin haberla probado porque tal admisión permite explicar muchos fenómenos que de otra manera sería tremendamente complicado explicar. Así pues, la comprobación de la existencia de "The God Particle" es el espaldarazo definitivo al Modelo de Partículas Estándar, pues no sólo no se ha hallado fenómeno que lo contradiga, sino que se ha encontrado experimentalmente la fundamental predicción teórica del mismo. Casi nada.

Para que esto no quede excesivamente largo, cortamos aquí la primera parte del asunto, dejando pendiente la explicación de los conceptos físicos en sí para una segunda parte: ¿qué es el Modelo de Partículas Estándar? ¿qué son el campo y el bosón de Higgs?