El bosó de Higgs: crònica d’una descoberta anunciada (l’any 1964!)

Imatge: Desintegració d’un bosó de Higgs en dos fotons observada en el detector CMS. / CERN.

El 4 de juliol de 2012, l’actual directora del Laboratori Europeu de Física de Partícules Elementals (CERN), la física de partícules Fabiola Gianotti, que aleshores era la portaveu de la col·laboració internacional ATLAS, anunciava oficialment (juntament amb John Incandela, portaveu de l’experiment CMS) la descoberta del bosó de Higgs en un mític seminari que va tenir lloc a Ginebra, la seu d’aquest organisme internacional. La notícia va tenir una gran repercussió mediàtica a escala global i, només un any més tard, la Reial Acadèmia de les Ciències de Suècia va atorgar el premi Nobel de física a Peter Higgs i François Englert per predir l’any 1964 l’existència d’aquesta partícula que, fins aleshores, no havia aconseguit ser detectada en cap laboratori de partícules.

Som davant d’una de les descobertes més rellevants de la història, per a la física equiparable a la descoberta de l’ADN per a la biologia o l’evidència de l’estructura atòmica i molecular per a la química. Des del punt de vista de la tecnologia, la fita és comparable a l’arribada d’una expedició tripulada a la Lluna, però amb unes repercussions encara més importants. La hipòtesi teòrica de Higgs i Englert es confirmava 48 anys més tard, tancant el model estàndard de les interaccions fonamentals amb la culminació d’una recerca que permetia entendre com les partícules elementals adquirien massa a partir de la seva interacció amb un nou camp de forces que feia possible que totes les peces del model encaixessin.

En una petita joia de la divulgació científica que porta per títol Los secretos del bosón de Higgs, i per subtítol Una fuerza imperceptible i enigmática, el catedràtic de física teòrica de la Universitat de València Antonio Pich ens exposa de manera molt pedagògica i amb un llenguatge molt accessible el context històric i la seqüència d’esdeveniments que van culminar en el descobriment d’aquest nou camp de forces, el camp de Higgs, fins aleshores desconegut, i ho fa a través d’un itinerari científic i tecnològic que té el ritme d’una pel·lícula d’aventures i la intriga d’una novel·la policíaca d’Andrea Camilleri.  

En el primer capítol, l’autor explica les característiques principals del Gran Col·lisionador d’Hadrons (Large Hadron Collider, LHC, per les sigles en anglès), que es va començar a construir el 1994 i s’hostatja en un túnel de 27 quilòmetres de circumferència a 100 metres sota terra, a la frontera entre França i Suïssa; aquest accelerador havia d’esdevenir el sofisticat, costós i poderosíssim instrument científic capaç de produir el bosó de Higgs, en cas que existís. Els 9.300 imants superconductors, els quatre detectors (ATLAS, CMS, ALICE i LHCb) i la física que s’amaga darrere dels xocs frontals dels feixos de protons són els protagonistes d’aquest primer capítol.

El segon capítol està dedicat als constituents de la matèria, i Pich viatja per la història des dels quatre principis materials de la realitat d’Empèdocles d’Agrigento fins a la descoberta dels quarks c (charm, encant) i b (beauty, bellesa) a mitjan anys 70, tot passant per les antipartícules i els neutrins.

El tercer capítol, en canvi, està dedicat a les forces, és a dir, a les interaccions entre partícules que es transmeten a distància; partint dels inicis de la física quàntica de principis del segle xx (Planck, Einstein), l’autor recorre les principals interaccions fonamentals: l’electromagnètica, amb el fotó com a partícula mediadora, la interacció forta i el rol dels gluons, i la interacció dèbil amb els bosons W+, W−  i Z0 com a protagonistes.

Els capítols 4 i 5 estan dedicats a les simetries. Sobre la base de les dues revolucions més importants de la física que es van produir a principis del segle xx, la mecànica quàntica i la teoria de la relativitat, i de la seva combinació posterior en la teoria quàntica de camps, Pich ens introdueix el concepte de simetria d’una llei física: les lleis de la natura han de ser les mateixes per a qualsevol observador sobre el qual no actuïn les forces externes, independentment del punt de l’espai-temps en què estigui ubicat i del seu estat de moviment. L’equació de Dirac i l’obtenció de les lleis fonamentals de la interacció electromagnètica (les equacions de Maxwell) a partir del principi de simetria, les teories gauge, la unificació electrodèbil i el mecanisme de Higgs obren el camí que ens permetrà arribar al sisè capítol i al desenllaç de la pel·lícula, de final ja conegut.

I és en aquest sisè capítol en què l’autor ens revela la drecera que va permetre als físics experimentals detectar finalment el bosó de Higgs, després de la descoberta dels bosons W+, Wi Z0 l’any 1983 (recerca que va comportar el premi Nobel de física per a Carlo Rubbia i Simon van der Meer), i sobre la base de l’expertesa acumulada en el col·lisionador d’electrons i positrons LEP, en funcionament en el CERN des del 1989 fins al 2000, i en el Tevatron del Fermilab entre el 1989 i el 2010. No desvetllarem com acaba la pel·lícula (és a dir, quin és el canal de producció dominant del bosó de Higgs), però la resposta —sense vocació de fer spoiler— està relacionada amb els gluons i el quark top. Finalment, en el darrer capítol del llibre, Pich s’atreveix a preveure quins grans reptes ha d’encarar la física actual per intentar comprendre per què l’univers és d’aquesta manera i no d’una altra (la replicació dels fermions, l’asimetria matèria-antimatèria present a l’univers, la matèria fosca…). Però això serà objecte d’una nova seqüela!

Los secretos del bosón de Higgs
Antonio Pich
Col·lecció “Física y Ciencia para Todos”
Los Libros de la Catarata, 2021
104 pàg.

(Aquest article ha estat publicat en el butlletí Novetats documentals de recerca i universitats. Us hi podeu subscriure des d’aquí.)

Anotacions relacionades:

50 coses que cal saber sobre física
Sobre supercordes, Feynman i un llibre de Brian Greene
Richard Feynman, un geni atípic
10 recursos sobre el bosó de Higgs
Invertir en recerca sobre física de partícules és rendible?
Derbi japonès per la seu del Col·lisionador Lineal Internacional
Un estiu “calent” per a la física de partícules
“Higgs i hashtags”: una versió quàntica de Dostoievski
“Química”, de Weike Wang, o la dura vida del doctorand
8 estratègies per llegir més llibres

Quant a Xavier Lasauca i Cisa

Recerca 2.0, Ciència 2.0, xarxes socials, dones i ciència, universitats, open access, open science, innovació a l'Administració, open data...
Aquesta entrada s'ha publicat en Comunicació científica, Lectures, Recerca i etiquetada amb , , , , , , , , . Afegiu a les adreces d'interès l'enllaç permanent.

2 respostes a El bosó de Higgs: crònica d’una descoberta anunciada (l’any 1964!)

  1. Sergi Pérez ha dit:

    Em sembla una meravella la passió que hi ha darrera aquestes investigacions i recerques. No entenc de la matèria i els noms no els conec, llevat del Bosó de Higgs que és va popularitzar molt quan la seva descoberta com a la partícula de Déu! Com a persona que intenta ser lletrat (amb més o menys poca fortuna) darrerament he defensat la no existència de l’origen, qualsevol, sent sempre tot origen, finalment, mític. Per tant cal estar atents a com evolucionen aquestes investigacions… Felicitats.
    I amb això de la matèria forca, ves que S. Spielberg no acabi sent un visionari..

    • Moltes gràcies, Sergi, pel teu comentari i reflexió. L’origen de tot plegat és un interrogant encara obert que aplega cosmòlegs i filòsofs en la seva resposta, i ben segur que totes les seves recerques al voltant d’aquesta qüestió són igualment rellevants per donar-hi resposta. Amb la passió pel coneixement com a tractor, evidentment.

Deixa un comentari

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

Esteu comentant fent servir el compte WordPress.com. Log Out /  Canvia )

Twitter picture

Esteu comentant fent servir el compte Twitter. Log Out /  Canvia )

Facebook photo

Esteu comentant fent servir el compte Facebook. Log Out /  Canvia )

S'està connectant a %s