El Bosón de Higgs y su Significado

Figura 1. Función del bosón de Higgs.

          En los últimos años ha estallado con gran furor el tema del bosón de Higgs, sobre todo a partir de lo que parece ser la reciente verificación de su existencia en el Gran Colisionador de Hadrones, LHC, del Centro Europeo de Investigación Nuclear, CERN, y la consecuente adjudicación del Premio Nobel de Física y el Premio Príncipe de Asturias a Peter Higgs, François Englert. ¿Por qué escribir unas líneas más sobre este asunto si tanto las redes sociales como las librerías están llenas de información sobre ello y a todos los niveles? La respuesta es bastante simple: como precisamente en la actualidad estoy estudiando Física, algunas personas no me dejan de preguntar sobre qué es eso del bosón de Higgs o qué es un bosón o de dónde salió y en qué momento, de modo que con el fin de procurar un futuro menos incierto a esas personas, redacto estos párrafos, pero me remito en todo momento a la amplia variedad de obras publicadas por gente que de verdad es actualmente experta en la materia.

              En la Figura 1 queda bastante claro cuál es el objeto de la existencia de esta partícula, a saber, es la responsable de dotar de masa a las demás pero, ¿a todo tipo de partículas? No, sólo a las denominadas Partículas Elementales, de las que hablaré en un artículo posterior. ¿Y cómo lo hace y por qué? Existe una teoría denominada Modelo Estándar que predice que las conocidas como interacciones fundamentales, estas son, la electromagnética, la gravitatoria, la nuclear débil y la nuclear fuerte, afectan a la materia por medio de otras partículas que intercambian energía y momento lineal con la misma. Esas partículas se denominaron bosones en honor al físico indio Satyendra Nath Bose. Lo de intercambiar energía queda claro: cuando una bola de billar en movimiento choca con otra que está quieta ambas acaban moviéndose después del choque porque la primera le transmitió parte de su energía, en este caso cinética, a la segunda. El intercambio de momento lineal también se explica clásicamente mediante bolas de billar, pero en este caso no hay que fijarse tanto en el hecho que ambas bolas se mueven sino en cómo lo hacen. La bola inicialmente en reposo no iniciará su movimiento en una dirección arbitraria, sino que esta dependerá del ángulo y la dirección con la que la bola en movimiento impacte contra la que está quieta. Pues bien, existe una cantidad asociada a todo cuerpo en movimiento, denominada momento lineal, que se define como un vector en la dirección de avance del cuerpo considerado y da cuenta precisamente del cambio de dirección y velocidad de las bolas de billar anteriores. Si el Universo fuese una gran mesa de billar y todos los entes estuviesen representados por bolas de billar de diferentes tamaños, el bosón de Higgs sería una bola más que andaría chocando con el resto. Si hay cien bolas-bosón de Higgs chocando contra una Bola 1 y doscientas contra otra Bola 2, entonces la Bola 2 tendrá más masa que la Bola 1. Gráficamente, esta visión resulta útil a nivel intuitivo, pero está claro que dista mucho de lo que realmente sucede.

                    Personalmente, no me agrada en exceso la afirmación de "el bosón de Higgs da masa a la materia", ya que esto es únicamente una manera simple de verlo, e incluso alguien podría argumentar que incorrecta. El lector podrá haberse dado cuenta a estas alturas después de lo explicado sobre el Modelo Estándar que, si el bosón de Higgs está relacionado con la masa, entonces ha de ser la partícula portadora de la interacción gravitatoria, pero no. Es necesario diferenciar entre dos tipos de masa, la masa gravitatoria, que la mayor parte de la gente interpreta como la única existente, y la masa inercial, la resistencia que todo cuerpo opone a cambiar su estado de movimiento, esto es, a pasar de moverse a permanecer quieto o de permanecer quieto a moverse, por poner dos casos concretos. El bosón considerado está relacionado con este último concepto. La partícula que transmite la interacción gravitatoria se denomina gravitón. Puede verse aquí también el motivo de utilizar bolas de billar en la ilustración anterior, ya que no es necesario en este nivel entrometerse en cuestiones gravitatorias, por estar todas las bolas sobre un mismo plano, supuesto horizontal al suelo.

Figura 2. Consecuencia de un nombre incorrecto: Venganza.

                  El bosón de Higgs fue teorizado por Peter Ware Higgs en la década de los sesenta y, desde entonces, la teoría esperó su aparente actual confirmación. Hacia la mitad del período comprendido entre ambos acontecimientos, en el año 1988, un hombre llamado Leon Max Lederman recibió el Premio Nobel de Física gracias a sus investigaciones en Física de Partículas. Este decidió publicar un libro en el año 1996 sobre el bosón de Higgs, cuyo título, "The God Particle", "La Partícula de Dios", ha suscitado demasiada y ridícula controversia. La elección de ese nombre fue sin duda desgraciada. El autor iba a llamar a su libro "The Goddamn Particle", que significa "La Maldita Partícula", pero los editores o quien fuese que le aconsejase le dijeron que no era buena idea introducir palabras como "Goddamn" en el título de un libro de esas características, por lo que se le eliminó el "damn" y se quedó en "God" y en "The God Particle". De esta manera, insto a los lectores a no utilizar el nombre de "partícula de Dios" o similar, únicamente llamen a la realidad por su nombre.

La puesta en marcha de la computación cuántica

               Desde hace un tiempo se viene trabajando en centros repartidos por todo el mundo en dar un impulso a las comunicaciones a través de la incorporación de los principios de la mecánica cuántica al campo en cuestión. No se trata sólo de una tarea complicada, sino también un poco desconocida debido a los fundamentos de la propia teoría científica utilizada. 

          Sin embargo, la compañía canadiense D-Wave anunció la venta de lo que ellos mismos llamaban "procesadores cuánticos". Desde entonces, muchos expertos han dudado de esta calificación.
         Los ordenadores actuales procesan la información almacenándola en bits, que pueden tener dos estados no simultáneos, el cero y el uno. Un procesador cuántico operaría con otra clase de bits, llamados qubits, que pueden tener al mismo tiempo los dos estados mencionados anteriormente, el cero y el uno. Dominar el funcionamiento de estos últimos permitiría realizar ciertos cálculos y operaciones, desde el desencriptado de datos hasta la resolución de diferentes problemas de optimización, en un tiempo mucho menor al empleado por un ordenador convencional. Por ejemplo, en el desencriptado de una clave numérica de las utilizadas actualmente en las transacciones económicas internacionales, un ordenador convencional se demoraría algún decenio; pero, un ordenador cuántico no tardaría más de una semana. Además, no hay que olvidar también su aplicación a la vida cotidiana, ya que hemos de pensar que dentro de unos cuantos años cualquiera de nosotros podría tener un auténtico ordenador cuántico en casa.
            Volviendo a la controversia anterior, un grupo de jóvenes físicos de la University of Southern California testaron estos nuevos procesadores para verificar sus supuestas propiedades. El resultado dio la razón a la compañía D-Wave, que también se llevaría la aprobación de otros estudios realizados posteriormente.
              Por ahora, aunque sigue habiendo algunas dudas sobre estos procesadores, el viaje a través de esta nueva forma de computación, que prometía no empezar hasta el año 2020, es satisfactorio. Se abre de esta manera la puerta al avance de la ciencia a una velocidad aún mayor que la actual, siendo esta igualmente asombrosa. Incluso, algunas grandes empresas, como Google o NASA, han adquirido ya algunos productos de D-Wave, apostando por ellos en sus respectivos centros de estudio y trabajo.
               Hemos de pensar, con ello, que aunque ahora nos parezca normal el hecho de tener un ordenador en cada casa, este comenzó a hacerse realidad hace menos de veinte años. Y el que no resulte extraño ver a un chaval, o no tan chaval, con un móvil con conexión a Internet en cualquier parte, es cuestión de hace unos dos o tres años. El mundo cambia muy rápido en estos tiempos, y la capacidad humana de superarse cada día no debe recaer en el fondo del interés propio de unos pocos, sino en el avance de todo el conjunto de la Humanidad.
Bibliografía: El artículo correspondiente se publicó en la revista "Nature Communications" por el investigador Daniel Lidar y su equipo.

Voyager 1 abandona el Sistema Solar

           Desde su lanzamiento el cinco de septiembre de 1977, la sonda espacial  Voyager 1 ha recorrido unos dieciocho billones de kilómetros, y ha sido, junto con su hermana Voyager 2, una gran ayuda a la hora de conocer mejor nuestro Sistema Solar y ampliar nuestro conocimiento sobre los sucesos que ocurren más allá de esa capa de gases que nos envuelve, y a la que llamamos atmósfera.

            En diciembre del pasado año, la NASA notificó la llegada de la nave a una región del espacio llamada "the magnetic highway", la "autopista magnética", considerada la última frontera antes de comenzar el viaje interestelar. Esta "autopista" está formada por las líneas del campo magnético del Sol, que interfieren en esta zona con las líneas de campos magnéticos de otras partes del espacio, delimitando lo que se conoce como heliosfera.
             La comunidad científica involucrada, sobre todo el Jet Propulsion Laboratory, JPL, de la NASA, en el California Institute of Technology "Caltech", desde donde se realizan, entre otras, las operaciones de control de dirección de las dos sondas, considera que la Voyager 1 aún está atravesando la zona magnética considerada y, probablemente, la llegada al espacio interestelar se retrase en unos cuantos meses, o incluso años. A pesar de ello, los investigadores están muy entusiasmados con este desconocido rincón del espacio, cuya medición fue uno de los propósitos iniciales para el lanzamiento del artefacto, a la vez que aumentar nuestro conocimiento sobre los procesos que allí ocurren. Entre otros muchos datos, se han logrado detectar rayos cósmicos de baja energía procedentes de fuera del Sistema Solar, cuando hasta ahora sólo se habían conseguido captar, desde la Tierra, los más energéticos.
         Esperemos, por tanto, que podamos decir, antes de que pasen de diez a quince años, que La Humanidad ha conseguido superar la frontera interestelar, pues a partir de entonces, ya no podremos saber nada más de nuestra querida sonda, la cual se quedará sin las reservas de plutonio que hacen funcionar sus mecanismos de comunicación y demás utensilios; apagándose todos sus controles hasta que alguien, quien sabe cuando, la encuentre por ahí, flotando en el inmenso Universo.
Bibliografía: El artículo correspondiente se publicó el 27 de junio de 2013 en la página web de la NASA, concretamente en la sección del JPL. 

El primer objeto cuántico creado por el hombre

     Efectívamente, el hombre ha sido por fin capaz de fabricar el primer objeto cuántico en 2010 en la Universidad de California en Sante Bárbara, Estados Unidos, por un grupo de físicos entre los que figuran Andrew Cleland y John Martins. No sólo es impresionante su descubrimiento, sino también un poco difícil de comprender, y ahora verán por qué.
     Con motivo de su experimento, enfriaron un pequeño trozo de metal de unos treinta micrómetros de longitud que vibra cuando se le comunica un cierto rango de frecuencias y es visible al ojo humano, aún por su diminuto tamaño. Después, para conseguir lo que ningún otro científico había logrado antes en la historia humana, para hacer al objeto alcanzar el estado cuántico, lo conectaron a un circuito eléctrico superconductor y, gracias a las maravillosas leyes de la mecánica cuántica, el trozo de metal se puso en movimiento... estando quieto a la vez.
     Sé que puede parecer un poco chocante, y dirán ustedes: ¿Cómo puede estar algo moviéndose y no moviéndose al mismo tiempo? Pues voy a tratar de explicar la importancia de este hallazgo. La mecánica cuántica es una de las ramas principales de la física teórica, fue desarrollada en el siglo XX y explica, abreviando un poco, el comportamiento de la materia y la energía. Sin embargo, la novedad reside en que esta teoría sólo explicaba, inicialmente, las interacciones a niveles muy pequeños (al igual que gran parte de la física cuántica); y, aquí, se consiguió demostrar que también se pueden aplicar estas leyes a objetos constituidos por miles de millones de partículas, que no sólo afectan a las moléculas o los átomos, sino que pueden llegar a afectar a seres vivos enteros.
     Es un gran paso para el mejor conocimiento de la física, de nosotros mismos y del Universo entero, ya que a todo ello afectan los postulados de las grandes teorías de Einstein, Bohr, Hawking o Schrödinger, entre otros muchos. Además, grandes adelantos técnicos y científicos pueden ahora bajar de las mentes de los talentosos, haciéndose realidad. Ya se ha pensado en más de una cosa, como poder colocar a un ser humano en dos sitios a la vez, o controlar los aspectos cuánticos de la luz; y ninguna de ellas me desagrada.  
Bibliografía: El artículo correspondiente se publicó en la revista Nature en marzo de 2010.