El 4 de julio de 2012, una presentación realizada en la sede del CERN (Centro Europeo de Física de Partículas) en Ginebra, Suiza, trajo consigo el descubrimiento que coronaría medio siglo de desarrollo del llamado Modelo Estándar: el bosón de Higgs.
Y desde entonces, muchos, en círculos académicos y más allá, se han estado preguntando: ¿qué sigue?
Para Sérgio Novaes, físico de la Unesp, ese es un enfoque equivocado. “No hacemos experimentos para saber qué va a pasar, siempre hacemos el experimento para saber si va a pasar algo”, dice el investigador, enfatizando el carácter investigativo de la ciencia.
Novaes es posiblemente la principal referencia brasileña para hablar sobre el bosón de Higgs y su importancia histórica. No solo formó parte de la inmensa colaboración internacional vinculada al LHC (Large Hadron Collider), el gran acelerador del CERN que hizo el descubrimiento, firmando el artículo científico que lo presentó junto a cientos de colegas, sino que fue el primero en Brasil en escribir un artículo sobre el bosón, cuando aún estaba en mi maestría, explorando el mecanismo que lo revelaría cuatro décadas después.
Originalmente propuesto en 1964 por Peter Higgs y otros cinco científicos, distribuidos en tres equipos diferentes, el bosón de Higgs (y su campo correspondiente) resultaría esencial para explicar cómo otras partículas elementales ganan masa.
La propuesta resultaría fundamental para el desarrollo del Modelo Estándar, que hoy básicamente resume todo lo que se sabe sobre la materia y tres de las fuerzas fundamentales conocidas en la naturaleza (la única fuerza que no incluye, entre las conocidas, es la gravedad , la provincia de la teoría general de la relatividad).
Irónicamente, también fue la última pieza del modelo estándar que se confirmó experimentalmente: pasaron 48 años entre la primera predicción de su existencia y su detección en el LHC. Pero considerando el enorme éxito que ha tenido el resto del Modelo Estándar en la predicción de nuevas partículas que luego se encontrarían en los experimentos, una lectura común es que el «descubrimiento» fue simplemente una confirmación de lo que ya se sabía. Un gran error, que Novaes trabaja para deshacer en este décimo aniversario. «Nadie gasta miles de millones de euros en un negocio que ya conoce».
En la Unesp, para celebrar la ocasión, presenta una conferencia titulada «La historia no contada», y el objetivo es resaltar la magnitud del éxito en la detección del bosón de Higgs, recordando que, durante mucho tiempo, en lugar de ser algo como » frijoles contados», la proposición de su existencia fue considerada por buena parte de la comunidad de físicos como una herejía o una locura. «Hubo una gran resistencia al principio, una lucha fuerte en la comunidad, negando eso y, incluso entre los que no lo negaban, nadie sabía para qué era».
Ahora, con el descubrimiento del Higgs, el LHC sigue funcionando, explorando nuevas posibilidades. Enfrentados a misterios no cubiertos por el Modelo Estándar, como la materia oscura y la energía oscura, los físicos buscan a tientas pistas sobre dónde proceder con su investigación. Y hay esperanza de que los experimentos traigan respuestas.
Pero aunque no se descubre nada nuevo, Novaes destaca la importancia del trabajo. “Nuestra agenda macro es tratar de profundizar lo más posible en los constituyentes de la materia para entenderlos de la mejor manera posible. Esta es una aventura que en sí misma justifica continuar la búsqueda”, dice. Y enfatiza que no importa qué país construya el próximo gran acelerador de partículas; a pesar de las disputas por el prestigio y la hegemonía, la ciencia ganará.
Su conferencia con motivo del décimo aniversario de la detección del bosón de Higgs, en la Unesp, se titula «La historia no contada». La historia es la de las predicciones, en los años 60 y 70, y la del descubrimiento científico, anunciado por el CERN en 2012, que ganó el Premio Nobel. ¿Qué es lo no contado? La idea es contar cómo es hacer ciencia en la vida real. El hecho de que las propuestas quedaron profundamente desacreditadas en un principio.
Peter Higgs cuenta la historia que en 1966, dos años después de haber propuesto la idea, fue a dictar un seminario a Harvard. Y Sidney Coleman, que era un tipo súper divertido, tuve la oportunidad de compartir habitación con él, después dijo que «estaba ansioso por hacer pedazos a este idiota».
Higgs logró evitar que lo llamaran lunático, pero no pudo demostrar que su trabajo, entonces muy controvertido por contradecir los «dogmas» de la física, sirviera para nada. O sea, hubo una enorme resistencia al principio, una fuerte lucha en la comunidad, negándolo y, aun entre los que no lo negaban, nadie sabía para qué servía.
Luego en 1967 el [Steven] Weinberg hace su estudio [que conduziria à criação do Modelo Padrão da Física de Partículas], dos páginas y media, 18.500 citas y un premio Nobel. Es absolutamente fantástico. Pero dice mientras propone el modelo: «Por supuesto que nuestro modelo tiene demasiados parámetros arbitrarios para hacer predicciones que podrían tomarse en serio».
Desde proponer el modelo hasta descubrir el propio Higgs, los investigadores han pasado mucho tiempo tratando de encontrar una alternativa viable.
¿Y cómo comenzó realmente la búsqueda del bosón de Higgs? En 1975, años después de la propuesta original de Higgs, John Ellis y sus colegas realizan el primer estudio fenomenológico.
Es un estudio de 45 páginas donde terminan diciendo: «Mira, nos disculpamos con la gente experimental, no tenemos idea de cuál es la masa del bosón, y tampoco sabemos exactamente cuál es su acoplamiento con otras partículas. Estos son cosas que el modelo no predice. Por estas razones, no queremos fomentar grandes búsquedas experimentales del bosón de Higgs, pero creemos que las personas que realizan experimentos vulnerables al bosón de Higgs deberían saber cómo podría aparecer».
Y luego sucedió lo siguiente: el éxito del modelo se volvió estruendoso. Se estaban descubriendo nuevas partículas, los bosones W y Z, y todo encajaba de una manera absurdamente fantástica, excepto el bosón de Higgs. ¿Cómo puede una situación así? Es un objeto que hay que perseguir.
La parte difícil era no saber qué nivel de energía, qué rango de masa buscar. ¿Por qué los experimentalistas se quedan en la oscuridad? Yo digo lo siguiente: no hacemos experimentos para saber qué va a pasar, siempre hacemos el experimento para saber si va a pasar algo. Teníamos la pregunta, ¿dónde está el bosón de Higgs? Y la LEP (aceleradora europea anterior al LHC), si hubiera tenido un poco más de energía, la habría encontrado. Incluso hubo algunos hechos sospechosos. Y se convirtió en una pelea con el director del CERN, si mantener el LEP encendido o apagado para instalar el LHC. Están ubicados exactamente en el mismo túnel físico. Así que tuve que desmantelar el LEP para construir el LHC. El LEP, su límite llegó a 115 GeV (gigaelectronvoltios). Y el bosón de Higgs apareció a 125, 126 GeV.
Y luego entramos en una fase, ya hablando de los últimos diez años, que es de lo que viene después. Su colega de la Unesp, Rogério Rosenfeld, cita a menudo un síndrome llamado PHD, «Depresión Post-Higgs», o depresión post-Higgs. Porque ahora el Modelo Estándar está cerrado, esto está resuelto, pero hay indicios de que hay física más allá del Modelo Estándar. La materia oscura, la energía oscura, una serie de problemas aún por abordar, y los experimentadores se encuentran en una situación quizás similar a la de los años 60, 70, donde había todo tipo de modelos, pero no tenía suficiente apoyo experimental para elegir un favorito. . ¿Es un paralelismo válido entre lo que estaba pasando entonces y ahora? Mas o menos. Permítanme hacer una declaración personal aquí. Tomaré el mismo PHD y diré que sufrí de «Depresión Pre-Higgs», depresión pre-Higgs. Porque hice un cambio de carrera bastante fuerte.
Comencé mi carrera publicando un artículo en mi maestría que considero, hasta que se demuestre lo contrario, el primero sobre el Higgs publicado en Brasil, y estaba muy feliz de haber publicado el artículo sobre el mecanismo exacto que llegó a producirlo 40 años más tarde. .
Seguí una carrera como teórico y llegó un momento en que dije, escucha, de ahí no va a salir la solución de nada, porque la imaginación del científico es una cosa muy rica y estamos tratando de explorar cosas cada vez más locas, cada vez más. más en una dirección que no sabemos a dónde vamos, y ¿quién puede responder a eso? Sólo puede ser el experimento. Y me fui a convertir en experimental a la mitad de mi carrera, después de 20 años.
Habiendo dicho eso, creo que hoy es más fuerte. [que no passado], porque allí hicimos la mayor cantidad de física posible. La propuesta del Modelo Estándar es muy fuerte hoy en día, es difícil encontrar un hueco. Pero estamos trabajando en la materia oscura. Nuestra línea de investigación en física exótica ha sido la búsqueda de materia oscura en el LHC.
¿Y crees que lo encontrarás? No estoy seguro, no voy a poner mis sentimientos aquí porque son…
Por favor colóquelos. Por tu tono, parece que piensas que el modelo estándar es tan redondo que, desde tu punto de vista, es más cómodo cuestionar la evidencia astrofísica de la materia oscura. ¿Está más o menos ahí? Está claro que cada uno defenderá lo suyo, que las pruebas son sólidas y que no queda otra. Es así mismo. Todo bien. Ahora, puede que no sea una partícula, ¿sabes? No es necesariamente una partícula. no se que puede ser Si lo supiera, estaría aquí escribiendo el estudio para comprar un billete a Estocolmo. Podría ser algo completamente nuevo. Pero es nuestra obligación moral y científica insistir en que, si es una partícula, probablemente debería manifestarse en el tipo de colisiones que hacemos.
¿Qué tan exitoso es el descubrimiento del bosón de Higgs diez años después? Gran victoria. Hoy en día, hay una actitud que considera que esta gran victoria es cosa del pasado. «Oh, eso es lo que ya sabíamos que teníamos». Eso tampoco puede, ¿ves? Por eso el título de mi charla es ese. No fue así como sucedió. Nadie gasta miles de millones de euros en un negocio que ya conoce.
Finalmente, quería preguntar sobre el futuro de la física de partículas. Los chinos han estado hablando de construir un acelerador más potente que el LHC. Los estadounidenses y los europeos aún no han dado este paso, aunque las ideas abundan. La doble pregunta: ¿necesitamos un acelerador más potente y, si se construye, es probable que esté en China? Es una pregunta compleja, pero no quiero darle una respuesta fácil. ¿Por qué se construyen más aceleradores? Por dos razones.
Primero, si hay partículas más pesadas, se necesita más energía. Y para penetrar más y más en la materia se necesita más energía. Entonces, nuestra agenda macro es tratar de profundizar lo más posible en los constituyentes de la materia para comprenderlos de la mejor manera posible. Esta es una aventura que por sí sola justifica continuar la búsqueda. No tienes que hacer una agenda hecha para venderte materia oscura, energía oscura. Es esa frase célebre de Wilson, director del Fermilab, preguntado por congresistas estadounidenses sobre los gastos del laboratorio. Le preguntaron si la inversión ayudaría en algo a la defensa del país. Él respondió que no, pero que haría que valiera la pena defender el país.
En cuanto al proyecto chino, todavía no tiene una propuesta consolidada, y su guerra es de hegemonía, con EEUU. Y saben, a diferencia de nosotros, que la ciencia juega un papel sumamente importante. Si conseguimos superar las dificultades económicas, EEUU tiene propuestas para hacer aceleradores, Europa la tiene, China la tiene, y qué bueno que todos la tengan y que gane la mejor opción.
Rayo X
Sergio Ferraz Novaes, 66 años
Profesor de la Unesp (Universidad Estadual Paulista), en São Paulo, es miembro de la colaboración Compact Muon Solenoid (CMS), uno de los cuatro experimentos instalados en el LHC (Large Hadron Collider), el CERN (European Center for Particle Physics ) acelerador responsable del descubrimiento del bosón de Higgs. Es investigador principal del Centro de Investigación y Análisis de São Paulo (SPRACE) y su equipo implementó GridUnesp, el primer Campus Grid de América Latina. Es representante brasileño en la Comisión de Partículas y Campos de la Unión Internacional de Física Pura y Aplicada y director técnico-científico del Comité de Gestión del Centro de Investigaciones Tecnológicas en Petróleo y Gas de la Cuenca de Santos.
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Fuente: uol.com.br