Y yo quiero ser...¡Exploradora del Vacío!
(Por
Claudia García)
¿Perdón?
¿Exploradora del vacío?
¿Cómo que del vacío?
¿Quieres ser astronauta o algo
parecido?
Esas son las
preguntas que me hubiera hecho yo, hace unos años, si hubiera leído un título
tan raro como este. Probablemente hubiese pensado que quien lo había escrito
debía de ser algún flipado intentando captar mi atención. Y lo malo es que lo
habría conseguido. ¿Sabes por qué? Precisamente
porque me habría picado la curiosidad con esas preguntas, y sería incapaz de no
buscarles respuesta. De haber leído ese título tan raro, y haberme planteado
tantas preguntas, me habría puesto a leer como loca el capítulo para intentar
entender a qué se refería el autor con 'explorar el vacío'. Al sumergirme en
las páginas del libro me habría enterado de que quien lo escribió no pretendía
ser un astronauta, sino un físico teórico dispuesto a interrogar a una
partícula fundamental y a desvelar sus secretos. Me refiero al bosón de Higgs.
Pero, ¿qué es
una partícula fundamental? y ¿qué es el bosón de Higgs? Y ya puestos… ¿qué es
el vacío? ¡Vaya!, ¡más preguntas!… pues
nada, tendré que ponerme a buscar la respuesta.
Con una
tontería como leer un día un libro que me llevó a hacerme preguntas, terminé
metida de cabeza en la universidad estudiando física. Y tiene gracia, porque
después de terminar mi primer año de carrera se descubrió el bosón de Higgs,
cuyas propiedades y naturaleza terminaría estudiando años más tarde (aunque,
por supuesto, yo entonces no lo sabía). Pasaron los años entre horas y horas en
la universidad, física por todas partes y sobre todo, muchas risas. Tuve la
suerte de conocer a la mejor gente que hay ahora mismo en mi vida, y que fueron
capaces de guiarme y de motivarme a lo largo de una época llena de dudas sobre
el futuro. Y así llegué al último año de carrera, en el que por fin descubrí lo
que era una partícula elemental y ¡lo que era el bosón de Higgs! Pero claro,
descubrirlo no es lo mismo que entenderlo.
Después de
terminar la carrera seguía con muchas preguntas en la cabeza, así que decidí
seguir adelante en la búsqueda de respuestas. Un Máster en Física Teórica más
tarde, empecé el doctorado en el que ahora investigo para descubrir las
propiedades y la esencia del bosón de Higgs... ¡Me había convertido en
Exploradora del Vacío!Y aun así sé que todavía no entiendo ni la mitad de lo
que la naturaleza quiere decirme. Pero esa es la gracia, ¿no? Que siempre haya
una pregunta para poder seguir buscando una respuesta. Y te aseguro que la
sensación al encontrar esa respuesta no puede compararse con nada, aunque
después surjan mil preguntas más. Pero bueno, después de haberte soltado todo
el rollo de cómo llegué a dedicarme a esta profesión tan peculiar, la de
'explorar del vacío', ha llegado el momento de contarte qué narices es el
vacío, y sobre todo, cómo se explora. Vamos allá.
La verdad es
que te he engañado un poco, porque el vacío del que llevo hablando ya una
página no es el que se nos vendría a todos a la cabeza. El concepto de vacío
que aprendemos en el cole es el de un espacio en el que no hay nada, que está
libre de materia. Yo, por ejemplo, me lo imagino como un lugar completamente
blanco, sin nada dentro. Pero yo no te he estado hablando de este vacío; del
que yo quería hablarte es del vacío cuántico. El vacío cuántico es el estado de
mínima energía de un sistema (cuántico), y nos interesa porque sabemos que el
universo es más bien perezoso, y siempre tiende a la menor energía posible.
Supongo que ahora mismo que te diga que el vacío cuántico es importante no te
dice gran cosa, tranquilo, es normal. Para entender su relevancia hay que
aprender un par de cosas primero, como por ejemplo, ¿qué significa que sea
cuántico? A principios del siglo XX, los físicos se dieron cuenta de que las
leyes que ellos creían que regían la naturaleza dejaban de funcionar bien
cuando intentaban aplicarlas a escalas muy pequeñas, tan pequeñas como un
átomo. Por ello tuvieron que desarrollar nuevas leyes que les permitieran
explicar el comportamiento de estos objetos muy pequeños. Esas nuevas leyes se llamaron
mecánica cuántica, y son una de las rayadas más grandes que la ciencia se haya
inventado nunca, pero... funcionan. Nos permiten explicar sucesos que hemos
comprobado experimentalmente cuando investigamos en distancias muy pequeñitas,
y nos permiten describir de forma correcta el comportamiento de las partículas
elementales.
Fig. 1: La mecánica cuántica
puede parecer muy extraña a veces, pero también puede resultar muy divertida.
De ahí
llegamos a nuestra siguiente pregunta, ¿qué es una partícula elemental? No sé
si alguna vez te has preguntado de qué estás hecho, y de qué está hecho todo lo
que te rodea. Quizá hayas empezado por algo más simple, y te hayas preguntado
de qué está hecha una cosa concreta. Si lo has hecho, probablemente hayas
terminado desmontándola, o cargándotela, para averiguar qué tenía dentro, y
hayas descubierto que estaba hecha de cosas más pequeñas. Bueno, pues cuando
llegamos a algo que ya no podemos cargarnos más lo llamamos partícula
elemental. Los físicos llamamos a nuestras “piezas de Lego” —aquellas que no están hechas de nada más
pequeño y que nos sirven para construir todo lo que vemos— partículas elementales o fundamentales. Y son
unos bichos muy interesantes. Resulta que cuando te pones a mirarlas más en
detalle, te das cuenta de que las partículas no son sólo las piezas de Lego,
¡sino que también son el pegamento que las mantiene unidas! Una de las cosas
que nos dice la cuántica es que las partículas tienen dos caras, que pueden
comportarse o bien como partículas, como cuerpos, o bien como ondas,
dependiendo de sus circunstancias.
Fig. 2: Las partículas
elementales son las piezas de Lego del universo… y también el pegamento que las
mantiene unidas.
Entonces, si
nos ponemos a pensar en una onda que conozcamos, como la luz, ¿quiere esto
decir que de nuestras bombillas salen partículas? ¡Pues claro! La luz es una
onda electromagnética y su otra cara —su
partícula asociada— es el fotón. Esto
quiere decir, que, gracias a la cuántica, podemos entender la fuerza
electromagnética a través del intercambio de fotones. Por ejemplo, sabemos que
las cargas iguales se repelen debido a la fuerza eléctrica. O, dicho de otra
forma, si dos electrones que van viajando por ahí cruzan sus caminos, se
intercambiarán un fotón, cambiando sus trayectorias y repeliéndose. No suena tan
raro así contado, ¿verdad? Todo este asunto de entender qué son las partículas
fundamentales y cómo se hablan entre ellas llevó muchos años de investigaciones
y experimentos. Después de muchos quebraderos de cabeza, los físicos de
mediados del siglo XX consiguieron formular una de las teorías más precisas de
la historia de la ciencia: el Modelo Estándar. Esta teoría nos dice cuántos
tipos de partículas fundamentales hay, cómo se clasifican y cómo hablan entre
ellas.
Pero la teoría
tenía algunas pegas. Se conocían bastantes partículas gracias a los
experimentos, y la mayoría de ellas tenían masa, pero, ¿de dónde la sacaban?
Además, algunas de las partículas que transmitían las fuerzas tenían masa
cuando, en principio, la teoría se lo prohibía. ¿Qué estaba pasando? Lo que
estaba pasando es que faltaba una pieza del puzle. Faltaba por añadir una
partícula a la lista del Modelo Estándar: el bosón de Higgs. El bosón de Higgs
(el Higgs para los amigos) es la partícula que nos permite explicar las masas
de (casi) todas las partículas elementales que conocemos a día de hoy. También
resuelve el problema de por qué algunas partículas que pensábamos que no debían
tener masa sí que la tenían. Así, este bosón llegó como el salvador del Modelo
Estándar, completándolo al fin.
Fig. 4: El bosón de Higgs, salvador
del Modelo Estándar.
Pero no estaba
todo hecho, ni mucho menos. En ciencia, las teorías, las ideas, hay que
probarlas. Y la cosa es que, por muy bonito que fuera el bosón de Higgs, hasta
ese momento sólo era una idea que "tenía" que ser verdad para que
todo funcionara, pero que nunca nadie había visto en un experimento. ¿Por qué?
Porque las teorías no predecían sus propiedades. Nadie sabía cuál tenía que ser
su masa ni cuáles tenían que ser sus características principales, así que era muy
difícil de encontrar, simplemente porque no se sabía dónde buscar. Sin embargo,
después de casi 50 años, por fin se encontró al Higgs en el LHC, el Gran
Colisionador de Hadrones, un cacharro enorme con forma de rosquilla que,
básicamente, acelera dos partículas a muchísima energía y las hace chocar entre
sí para que nos cuenten sus secretos y propiedades. Así se terminó de completar
el Modelo Estándar, y se consiguieron medir la masa y las propiedades de esta
escurridiza partícula. Pero a día de hoy nadie entiende por qué el Higgs es
como es. Y a esto me dedico yo, a inventarme explicaciones de por qué el Higgs
es tal y como lo hemos visto en el LHC, y a predecir cuáles serían las
consecuencias que ello tendría. Así, si en el futuro se mide alguna de estas consecuencias,
sabré que mis invenciones eran ciertas.
Fig. 5: Colisión de partículas
en el LHC en la que se ha producido un bosón de Higgs.
¿Y qué tiene
que ver todo esto con el vacío del que hablábamos al principio? Resulta que el
hecho de que el Higgs fuera capaz de explicar las masas de las partículas, y de
arreglar las otras pegas que tenía el Modelo Estándar, viene de su
comportamiento en... el vacío cuántico. Por eso, al investigar las propiedades
del bosón de Higgs, ¡me convertí en exploradora del vacío!
Como veis,
explorar el vacío poco tiene que ver con ser astronauta, ¿o sí que tiene que
ver? Esa es una pregunta que tendréis que intentar responder vosotros, igual
que las que os hayan surgido al leer este capítulo. Preguntando, leyendo, escuchando…
Al final la ciencia no es más que eso, usar los conocimientos que tienes, o que
tiene otra gente, para intentar encontrar las respuestas a las preguntas que
nos hacemos sobre cómo funciona lo que nos rodea. Si alguna vez lo habéis
hecho, ya habéis sido científicos. Y si alguna vez habéis encontrado alguna
respuesta, ya sabéis lo que se siente. No dejéis escapar la oportunidad de
seguir sintiéndolo.
Claudia García García
Estudiante
de Doctorado en Física Teórica
Universidad Autónoma de Madrid
e Instituto de Física Teórica UAM/CSIC
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Muy bien explicado.EXCELENTE DIVULGACIÓN DEL TEMA.
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