El 4 de julio de 2012, físicos del CERN anunciaron el descubrimiento de una nueva partícula compatible con el bosón de Higgs. Fue una noticia celebrada en todo el mundo científico, pues confirmaba una predicción teórica de 1964 y completaba el modelo estándar de la física de partículas.
En las teorías de las fuerzas fundamentales, las partículas que transmiten la fuerza débil, los bosones W y Z, debían carecer de masa por razones de simetría, igual que el fotón. Pero experimentalmente son muy pesados. Los físicos necesitaban un mecanismo que diera masa a las partículas sin romper la consistencia matemática de la teoría.
Peter Higgs y otros físicos propusieron que todo el espacio está permeado por un campo, hoy llamado campo de Higgs. Las partículas que interactúan con este campo adquieren masa; cuanto más fuerte es la interacción, mayor es su masa. Las que no interactúan, como el fotón, permanecen sin masa.
Se suele comparar con una sala llena de gente: una persona famosa tendría dificultad para cruzarla porque la rodean, mientras que una desconocida avanzaría con facilidad. La analogía transmite la idea de resistencia al movimiento, pero no es exacta: el campo de Higgs no actúa como fricción, sino que modifica las propiedades fundamentales de las partículas.
Así como las ondas del campo electromagnético son fotones, una excitación del campo de Higgs es el bosón de Higgs. Detectar esa partícula equivale a confirmar la existencia del campo. Es una partícula sin espín, muy inestable, que se desintegra casi inmediatamente en otras.
El gran colisionador de hadrones del CERN, un anillo subterráneo de veintisiete kilómetros de circunferencia, hace chocar protones a energías enormes. En estas colisiones ocasionalmente se produce un bosón de Higgs, que se desintegra en partículas que detectores gigantes, como ATLAS y CMS, registran. Tras analizar billones de colisiones, ambos experimentos identificaron un exceso consistente con una partícula de unos ciento veinticinco veces la masa del protón.
François Englert y Peter Higgs recibieron el Premio Nobel de Física en 2013 por la propuesta teórica del mecanismo. Miles de científicos, ingenieros y técnicos contribuyeron al descubrimiento experimental, un ejemplo de colaboración internacional a gran escala.
Los físicos miden con precisión las propiedades del bosón de Higgs, cómo se acopla a otras partículas y si coincide exactamente con las predicciones del modelo estándar. Cualquier desviación podría revelar nueva física. También se estudia si hay más de un tipo de bosón de Higgs y su relación con problemas aún abiertos.
El campo de Higgs explica la masa de las partículas elementales, pero no la mayor parte de la masa de la materia cotidiana, que proviene sobre todo de la energía de las interacciones fuertes dentro de los protones y neutrones.
El gran colisionador de hadrones acelera protones hasta velocidades muy cercanas a la de la luz, que dan más de once mil vueltas por segundo al anillo. Produce cientos de millones de colisiones por segundo, de las cuales solo una fracción minúscula se guarda para su análisis. Un bosón de Higgs se produce aproximadamente una vez por cada miles de millones de colisiones. La hazaña consistió en extraer esas pocas señales entre un fondo enorme, con herramientas estadísticas y de computación muy sofisticadas.
El descubrimiento del Higgs es un ejemplo extraordinario de cómo una idea teórica elegante, perseguida durante décadas, puede confirmarse con ingenio experimental.