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       Artículo de ciencia

Bosón de Higgs: Fantasymundo entrevista al físico de partículas José Enrique García


 Física / Astronomía
Alejandro Serrano   18/03/2013
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     El físico valenciano nos informa sobre las últimas conclusiones hasta el momento del CERN sobre el bosón de Higgs, al tiempo que nos habla sobre la fusión y otros temas.
José Enrique García Navarro (Pobla de Vallbona, Valencia, 1976), es un físico español licenciado por la Universidad de Valencia en 1999, con Diploma de Estudios Avanzados. Ha colaborado con el grupo del Prof. Doctor Bastian von Harrach (Instituto de Física Nuclear) de la Universidad de Mainz (Alemania), y con el centro ATLAS del CERN, dado varias conferencias y presentaciones, y publicado distintos estudios sobre Física de Partículas. Ha sido profesor asistente en la Universidad de Ginebra, investigador postdoctoral en el Fermilab y en el INFN (Instituto Nacional de Física Nuclear italiano), y actualmente es investigador Ramón y Cajal en el CSIC.

Tras el descubrimiento por parte del CERN de que existe una partícula compatible con el bosón de Higgs, y el reciente anuncio de que esta partícula se parece cada vez más a dicho bosón, entrevistamos a José Enrique García Navarro, colaborador del CERN, quien nos cuenta las últimas investigaciones en torno a ella, y el estado de otros temas candentes en Física de Partículas, como la búsqueda de la teoría del todo, la recreación de la llamada “sopa primordial” y la fusión nuclear, quizá la fuente de energía limpia del futuro.

Al final de la presente entrevista os facilitamos varios enlaces como información complementaria sobre el tema.


Alejandro Serrano: Parte de la audiencia de Fantasymundo se emocionó cuando el CERN desveló el descubrimiento de un bosón compatible con la teoría de Higgs y compartimos el anuncio con ellos, tras seguir la conferencia de prensa a través del vídeo. Sin embargo, el público en general permanece impasible cuando oye hablar del descubrimiento. ¿Qué les diría sobre su importancia y futuras implicaciones, tanto en física de partículas como en la vida diaria?

José Enrique García: Para la física de partículas es el descubrimiento más esperado de los últimos 20 años. El Modelo Estándar (ME) de física de partículas es la teoría que describe las interacciones (fuerzas) entre las partículas. Nos dice como un electrón interacciona con otro o como lo hace con un fotón. Esta teoría es impresionantemente precisa. El Nobel de física Richard Feynman, hablando de la precisión hasta la que se ha llegado a comprobar el modelo, dijo que “era equivalente a medir la distancia de Los Ángeles a Nueva York, unas 3.000 millas, con una precisión mayor que la anchura de un cabello humano”. Esto lo comentaba de la medida del momento anómalo del electrón. A pesar de esto sabemos que aún no es la teoría final.

Todos los elementos de esta teoría habían sido descubiertos. Sólo faltaba una pieza para completar el puzle. El Modelo Estándar predice las interacciones e incluso (hasta cierto punto) el número de partículas distintas que componen el universo, pero no nos decía porqué las partículas tenían masa. Aquí es donde es importante el bosón de Higgs. El mecanismo de Brout-Englert-Higgs, normalmente asociado simplemente a Peter Higgs, introducido en la teoría a finales de los años 60, es el mecanismo capaz de dotar de masa a las partículas. El mecanismo nos predice además la existencia de una partícula, el bosón de Higgs. Por esto era tan importante encontrar el bosón de Higgs, sin esta partícula la teoría era incompleta. Con este descubrimiento se completa la teoría y nuestro conocimiento, aún incompleto, del universo. Nos quedan preguntas abiertas que no es capaz de responder el Modelo Estándar.

Para la vida diaria el efecto no es apreciable, al menos no a corto plazo. Es difícil predecir qué es lo que nos traerá este descubrimiento, como tampoco sería fácil decir para qué servía el descubrimiento del electrón o de la física cuántica (por poner un par de ejemplos). Hoy no podríamos vivir si no se hubieran producido, toda la electrónica que nos rodea está basada en esos primeros descubrimientos.



Alejandro Serrano: En el experimento LHCb ha observado por primera vez de forma directa la ruptura de la simetría CP en las desintegraciones del mesón Bs, tras la predicción de Kobayashi y Maskawa (ambos Premio Nobel de Física en 2008), lo que podría abrir la puerta para explicar por qué, tras el Big Bang, se rompió la simetría entre materia y antimateria y la primera predominó sobre la segunda. Por otra parte, tenemos el nuevo bosón ¿Cree que estos descubrimientos encajarán bien dentro del Modelo Estándar de Física de Partículas –incluso pueden ampliarlo sobre las mismas bases- o estamos ante un nuevo camino, una nueva física?

José Enrique García: Ambos descubrimientos son consistentes con las predicciones del Modelo Estándar. CP no es una simetría absoluta, en ciertos sistemas no se conserva. La violación de CP ya se descubrió en los años 60 en el sistema de kaones. Esta ha sido la primera vez que se ha medido de forma directa. A mediados del año pasado también se observó por primera vez la violación de la invariancia temporal (T). Si CP no se conserva para que CPT sí que se conserve, T no debería ser una simetría absoluta. Los descubrimientos, por suerte o no, están bastante bien enmarcados dentro del ME.


Alejandro Serrano: Desde el anuncio inicial, ¿ha habido novedades sobre el bosón descubierto?

José Enrique García: Las últimas novedades se han presentado en la conferencia de Moriond (una de las más importantes del año para los físicos). El bosón se parece cada vez más al bosón de Higgs del Modelo Estándar. Las nuevas medidas parecen confirmar que el espín es cero y que la señal coincide con la que se predice dentro del Modelo Estándar. El miércoles (14/03) el CERN hizo un comunicado confirmando que la nueva partícula es un bosón de Higgs. Para obtener más noticias tendremos que esperar a las conferencias de verano donde veremos los últimos resultados con datos del 2012 de las propiedades del bosón.


Alejandro Serrano: En los principales descubrimientos de este siglo estuvo el CERN implicado, y se correspondió con una etapa de presupuestos expansivos. Ahora que ya llega la contracción, ¿temen el retroceso o tienen previstas medidas paliativas? ¿la actual financiación permitirá doblar la energía en 2014 tras la parada técnica, como anunciaron?

José Enrique García: El diseño de LHC se hizo para que alcanzara una energía de 14 TeV, casi el doble de los actuales 8 TeV. Después del problema con los imanes en 2008, se vio que no se podría alcanzar los 14 TeV, para ello se necesitaban algunos cambios que requerían bastante trabajo y una parada larga. Esto es lo que va a hacer ahora, no se va a construir de nuevo el acelerador sino hacer que el acelerador funcione a la energía de diseño. El costo de estas mejoras es mucho menor que el que se necesitó para la construcción. Es posible que los recortes no afecten a la puesta en marcha en 2015, pero es muy posible que se vea reflejado en otros aspectos en el CERN. La crisis golpea a todos y el CERN no creo que sea una excepción.

Bosón de Higgs tras la colisión de protones (arte conceptual)

Alejandro Serrano: Buscan indicios de confirmación de dimensiones extra, como postula la Teoría de las Supercuerdas, nuevas partículas elementales, avances en supersimetría,… ¿Son optimistas al respecto, creen que el LHC logrará llevarnos a través de nuevas sendas y descartará o confirmará teorías aún en fase temprana de desarrollo?

José Enrique García: El hecho de que el bosón de Higgs tenga una masa relativamente pequeña apuntaría a que debería haber nueva física a escala alcanzable en LHC (nuevas partículas con masas del orden del TeV). Uno de los puntos clave para encontrar estos nuevos procesos es la estadística. Este tipo de procesos tienen poca probabilidad con lo que es necesaria mucha estadística. El LHC que emergerá después de la parada técnica, no sólo tendrá una energía mayor, sino que la intensidad también lo será. Sólo de esta forma se podrá confirmar o no las teorías que incluyen dimensiones extra o la Supersimetría.

Alejandro Serrano: En el CERN trabajan unos 3.000 físicos, ingenieros y técnicos, y numerosos estudiantes de doctorado. La NASA ha pensado en reducir gastos y concentrar sus proyectos, eliminando otros, por poner un ejemplo. ¿La crisis obligará al CERN a reducir plantilla o gastos? ¿La drástica reducción de aportación española al presupuesto afectará a los numerosos españoles que allí trabajan?

José Enrique García: A decir verdad no conozco demasiado los aspectos internos del CERN, pero no he escuchado que se esté hablando de reducir plantilla. Es posible que se estén reduciendo el número de contratos nuevos pero no creo que se este pensando en hacer despido de gente. No tengo datos al respecto.

En el CERN hay unos 3000 empleados, pero hay unos 10.000 “usuarios”. Los usuarios son gente que sin ser pagada por el CERN colabora con el centro, yo pertenezco a esta segunda categoría.

Por lo que he leído, el gobierno español en los presupuestos del 2013 ha asignado para el CERN menos del total de la cuota anual que tiene acordada, lo que querría decir que terminaremos el año con un balance negativo con el centro (50 millones de euros según el Financial Times). Será, creo, el tercer año consecutivo que esto ocurre. Espero que no afecte a los españoles que trabajan o a los que querrían incorporarse.


Alejandro Serrano: ¿El descubrimiento del bosón compatible con la teoría de Higgs podría decirnos algo sobre la materia y la energía oscuras o sobre el origen de la masa de los neutrinos? ¿En qué estado está ahora mismo el conocimiento de estos dos misterios?

José Enrique García: Un bosón de Higgs compatible con el Modelo Estándar (ME) nos confirmaría las predicciones del modelo, y los ejemplos citados son algunas de las respuestas que el Modelo Estándar no es capaz de explicar. Estos, junto con otros como la relación materia-antimateria, son los problemas no resueltos de la física, y la razón por la que los físicos buscan, diría casi desesperadamente, una nueva teoría que englobando al Modelo Estándar sea capaz de responder a las preguntas.

En algún momento deberíamos encontrar medidas que no se correspondan con lo predicho por el Modelo Estándar y nos indiquen la dirección de la teoría correcta (cuerdas, dimensiones extra, ???). Se están realizando medidas de precisión con el fin de comprobar los limites de validez del Modelo Estándar y algunas parecen apuntar a desviaciones respecto a él (como la reciente en el sistema de mesones B vista por Babar) pero aún no se ha conseguido llegar a un resultado con estadística suficiente para que no se pueda atribuir a una fluctuación estadística.

El túnel del LHC en el CERN


Alejandro Serrano: ¿Hay previsto un acelerador europeo más potente que el LHC? ¿será necesario a medio o largo plazo?

José Enrique García: Se está hablando de un nuevo LHC que tendría mucha más energía, entre 26 y 33 TeV, tres o cuatro veces la energía actual. Según los expertos en aceleradores es lo máximo que se podría hacer con el túnel actual, de 27 km de circunferencia. Este proyecto se llama HE-LHC (por High Energy LHC). Se construiría cuando el LHC deje de funcionar, alrededor del 2025.

Pero para ello habría que conseguir unos imanes con un campo magnético de 16-20 Teslas, más del doble de los actuales (8.3 Teslas). Este sería uno de los grandes retos de este nuevo acelerador HE-LHC. Aunque existen otros retos que habría que superar como la radiación sincrotrón que siendo 20 veces mayor que para el LHC se convertiría en un problema para la criogenia. Además los aceleradores ‘auxiliares’ que sirven para acumular y acelerar los protones antes de ser introducidos en el acelerador principal (LHC) tendrían que sufrir grandes reformas y mejoras para conseguir esta energía. Aunque en estos momentos de crisis parece mas bien una utopía.


Alejandro Serrano: La Fundación Milner ha galardonado al CERN, concretamente a los responsables del Atlas y del CMS, aunque es extensible a todos los que trabajan allí. ¿Qué significa para todos vosotros?

José Enrique García: Es un reconocimiento importante, reconoce un trabajo que han realizado miles de personas en las colaboraciones durante los últimos años. Pero dicho esto, hay que puntualizar que no es el premio Nobel.

Estoy seguro que si la academia otorgara el premio al LHC (ya sea a sus experimentos, acelerador,…) el revuelo será muchísimo mayor. En el CERN no todo el mundo se enteró que se había concedido este premio. Si se otorgara el Nobel no tardaría ni 30 minutos en extenderse la noticia.


Alejandro Serrano: Pese a que la Mecánica Cuántica ha avanzado muchísimo durante las últimas décadas desde su formulación inicial, aún resulta un mundo demasiado extraño y ajeno a la física clásica. Los experimentos muestran que estamos en lo cierto con respecto a ella pero las dificultades de observación lastran demasiado. ¿Cree que los estudios de los recientes premios nobel Serge Haroche y David J. Wineland al respecto a través de la óptica cuántica, con el desarrollo de nuevos métodos permiten examinar, controlar y contar las partículas si afectarlas puede aumentar exponencialmente nuestro conocimiento sobre la Mecánica Cuántica?

José Enrique García: Hay otra cita atribuida a Feynman muy adecuada : “Si piensas que entiendes la mecánica cuántica es que no entiendes la mecánica cuántica”. La mecánica cuántica no se puede entender apelando al sentido común, nuestro pensamiento es determinista. Los estudios de Haroche y Wineland, están siendo ya utilizados para estudiar la cuántica, especialmente los estados entrelazados. Lo que más se ha puesto de relieve es su importancia para conseguir estudiar los ordenadores cuánticos. Lo que consiguieron ambos es crear cubits (bits cuánticos) que es el primer paso hacía un ordenador cuántico.


Alejandro Serrano: ¿Qué avances se han producido con los experimentos realizados con iones de plomo, que buscan recrear la denominada “sopa primordial”?

José Enrique García: La toma de datos terminó en febrero de este año con un periodo de colisiones de protón-Plomo, la idea es, con estos datos, entender mejor los obtenidos con Plomo-Plomo el año anterior. Aún no se han presentado los resultados, pero seguro nos darán una visión más detallada del plasma de quark-gluones, que sería el estado precedente a la formación de los núcleos (protones, neutrones). Para mayor información tendremos que esperar a las conferencias de verano.

El Tokamak (cámara toroidal con bobinas magnéticas), utilizado en fusión nuclear


Alejandro Serrano: ¿Es optimista sobre los avances en fusión nuclear, conseguiremos un confinamiento estable a tan altas temperaturas como para generar energía eléctrica limpia de forma masiva y rentable? ¿cuándo podríamos ver avances más prometedores, se retrasará la investigación por la reducción de fondos?

José Enrique García: La investigación en la fusión nuclear depende en gran medida de los resultados que se obtengan en el ITER, cuando empiece a funcionar alrededor de 2020. Si el resultado es bueno se pondrían en marcha el proyecto DEMO, que sería una central eléctrica basada en el reactor nuclear ITER y el experimento PROTO, que tendría como objetivo demostrar la viabilidad del uso comercial de la energía de fusión.

Por el momento la financiación para el ITER parece asegurada, lo que suceda con los proyectos que deberían seguirle puede estar más afectado por las reducciones de fondos. Estos proyectos, al igual que el CERN, están financiados por muchos países (34 países forman parte de la colaboración del ITER). Este modelo de financiación hace que sean un poco menos vulnerables a las crisis (individuales), aún así estamos hablando de proyectos bastante costosos, una crisis global como la actual podría demorar en muchos años al investigación en este sentido.

El ITER utilizará la última generación de Tokamak capaz de confinar el plasma a altas temperaturas, así como la última tecnología en superconductores. A pesar de que la idea de la fusión es ya vieja, estas tecnologías no estaban desarrolladas lo suficiente. La complejidad de la fusión es mucho mayor que la fisión (además de que ésta realmente obtuvo el empujón debido a su uso armamentístico). Tengo la esperanza de que sea la energía limpia del futuro, pero aun queda mucho camino por recorrer, incluso los planes optimistas no contemplan energía de fusión comercial hasta el 2050.


Alejandro Serrano: ¿Cuál es la naturaleza de la gravedad y cuál podría ser –si nos ponemos a especular- a tenor del descubrimiento sobre el bosón compatible con la teoría de Higgs? ¿el gravitón podría ser algo más que una entelequia teórica, hay razones para creer que llegaremos a descubrirlo?

José Enrique García: La gravedad (Relatividad General) y el Modelo Estándar de la física de partículas son dos teorías comprobadas con precisión extraordinaria. Ambas funcionan por separado, pero aún no se ha conseguido unificarlas. Cuantizar la gravedad ha demostrado ser una empresa difícil, la teoría de cuerdas sería una candidata como “teoría del todo”. El gravitón está predicho por esta teoría, pero que se pueda llegar a observar el gravitón es algo más difícil. Si el gravitón tiene acoplamientos con otras partículas (algunas versiones de dimensiones extra los predicen) sería incluso posible observarlo en LHC.

Pero si el descubrimiento del nuevo bosón se ha hecho esperar muchos años, la interacción del gravitón, siendo mucho más débil, hace su descubrimiento muchísimo más difícil. Por el momento lo que sí se ha conseguido medir son las ondas gravitacionales, de manera indirecta, analizando sistemas de púlsares binarios. Se pueden considerar estas ondas como estados coherentes de gravitones, pero la detección del gravitón como partícula aun queda lejos.


Alejandro Serrano: ¿Podría citar los dos retos más apasionantes cara al futuro del CERN según su opinión, aparte del bosón?

José Enrique García: El descubrimiento del bosón de Higgs era y es uno de los objetivos principales del LHC. Queda mucho por estudiar de este bosón, sus propiedades son muy importantes ya que nos dirán en qué teoría se le puede enmarcar. Aunque hasta ahora parece que cumple todos los requisitos para ser el bosón de Higgs descrito por el Modelo Estándar, es posible que no sea exactamente ese. La medida de las propiedades es uno de los objetivos del acelerador cuando vuelva a ponerse en funcionamiento en 2015.

Pero lo más emocionante es lo desconocido ¿se podrán observar partículas predichas por dimensiones extra, supersimetría, algún modelo más exótico,…? Eso sería lo más emocionante, encontrar partículas que empiecen una nueva revolución de la física y que nos den información para que seamos capaces de responder a las preguntas que el Modelo Estándar no es capaz de responder. Esto podría estar al alcance del LHC.


Alejandro Serrano: No es la tendencia que se sigue actualmente, pero a su juicio, ¿qué podría hacer España para lograr mantener o incluso fortalecer su comunidad investigadora, y sobre todo, qué no debe hacer, si no quiere perderla?

José Enrique García: Seguramente lo que no se debe hacer es lo que se está haciendo ahora. Los recortes afectan a todos, pero el I+D es uno de los sectores que más ha sufrido de la crisis. La industria española invierte muy poco en I+D, comparada con otros países, se pone siempre el ejemplo de Alemania. La mayor parte de la inversión viene del gobierno español (y fondos europeos) si estos se reducen la investigación se resiente, y mucho. Lo estamos sufriendo ahora, pero seguro que lo sufriremos mucho más en los años próximos, nos daremos cuenta que nos habremos quedado sin una generación de investigadores que será difícil de recuperar.

Los contratos Ramón y Cajal que eran la puerta para la vuelta de los investigadores, se han convertido en contratos de 5 años sin perspectivas de transformarse en puestos permanentes. A pesar de esto, la actividad investigadora en España esta a unos niveles excelentes, pero no se si se logrará mantener así por mucho tiempo si la tendencia no cambia.

Alejandro Serrano: Muchas gracias por concedernos la presente entrevista, y contribuir a divulgar un poco más la ciencia, que falta hace en este país. ¡Estamos ansiosos por conocer los nuevos avances del CERN!


Información complementaria:

-¿Qué es el bosón de Higgs? (Vídeo).

-La partícula compatible con el bosón de Higgs existe.

-Entrevista con Pablo Vázquez Regueiro, físico de partículas e investigador.

-El universo elegante, de Brian Greene.

-La realidad cuántica, de Andrés Cassinello y José Luis Sánchez.

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