El blues del bosón de Higgs. Entrevista con Herrera Corral
¿Alguna vez has escuchado sobre el blues del bosón de Higgs?
Voy hacia Ginebra, cariño, para enseñártelo.
Nick Cave and the Bad Seeds
Hace diez años fue descubierta la partícula de Higgs. Dicho hallazgo fue realizado por el CERN en el proyecto Gran Colisionador de Hadrones, puso en revolución a la comunidad científica y en especifico a la de la física moderna.
Un mexicano que trabaja en dichos proyectos es Gerardo Herrera Corral (Delicias, Chihuahua, 1963), con quien pudimos acércanos para hablar sobre el peso que conllevaba este descubrimiento, sobre el proyecto que realizó tal proeza y sobre la integración de este concepto en la cultura popular.
Gerardo Herrera Corral es doctor en Física por la Universidad de Dortmund, Alemania, y ha publicado más de 320 artículos en revistas internacionales especializadas en el área de física de partículas. Además, es autor de los libros Entre quarks y gluones. México en el CERN (2011), El Gran Colisionador de Hadrones (2013) El Higgs, el universo líquido y el Gran Colisionador de Hadrones (2014) y Universo. La historia más grande jamás contada (2016).
Desde 1994 trabaja en la colaboración ALICE del Gran Colisionador de Hadrones en el CERN, y desde 1997 es miembro del Instrumentation, Innovation and Development Panel del International Committee for Future Accelerators (ICFA). Fue presidente de la División de Partículas y Campos, así como de la División de Física Médica de la Sociedad Mexicana de Física.
También fungió como coordinador de uno de los cuatro proyectos aprobados en México de la Iniciativa Científica del Milenio apoyado por el Banco Mundial; y fue secretario de la Academia Mexicana de Ciencias.
Buenas, Gerardo. De inicio creo que sería importante precisar algo que ha llevado a malentendidos. Recuerdo que en su momento, cuando inició operaciones, corrió la leyenda de que el Gran Colisionador de Hadrones era la maquina del Apocalipsis y se juró que produciría la destrucción mundial (cosa que con el tiempo se comprobó que no iba a ocurrir). Entonces, ¿qué es el CERN y qué es el Colisionador de Hadrones? ¿Y cuál es tu participación en este espacio encargado del desarrollo científico?
El proyecto Gran Colisionador de Hadrones es un proyecto gigantesco al que no le ha faltado una típica cantidad de mitos desarrollándose alrededor. Cuando el hombre fue a la luna en los años sesenta en el Apolo 11, también surgieron muchas leyendas sobre la destrucción del mundo y del planeta. En ese aspecto, mucho tiempo antes de que el proyecto del Colisionador iniciara sus operaciones, un colega nuestro, Pedro Waloschek, escribió un artículo en una revista en la que se acostumbra que los lectores puedan escribir preguntas; lo que le ocurrió es que algún lector le preguntó si se podrían crear agujeros negros cuando dos protones colisionaran a muy alta energía. El contestó que sí, que efectivamente era una de las expectativas la generación de estos fenómenos y su detección, que incluso estaban previstos por algunos modelos y algunas teorías; el mismo Stephen Hawking predijo la generación de micro agujeros negros. Lo que es cierto es que Pedro Waloschek no dio una respuesta detallada de lo que eso significaría a nivel especulativo y del impacto físico de cierto fenómeno; de manera que el lector, y los demás, lo interpretaron de manera catastrófica. Se predijo que estos erguirían a nuestro planeta y acabarían con todo rastro de vida.
Después se desarrollaron otros mitos. Por ejemplo, la posible generación de strangelets, que son un tipo de partículas también previstas en lo especulativo pero solo en algunos modelos; son partículas que están compuestas por un quark extraño, el quarkstrange. Algunas ideas muy especulativas predicen que al contacto con otras, estas partículas las convertirían en extrañas. De manera tal aparición significaría una propagación en las que todas acabarían siendo constituidas por el quark extraño, y eso significaría el fin de la vida, el fin de la humanidad. Sin embargo, el proyecto inició en 2008 y en 2009 ya estuvo tomando datos. Justo en junio vamos a volver a la toma de datos. Serán ya 13 años de estar estudiando las colisiones de más alta energía.
El CERN es el Consejo Europeo de Investigaciones Nucleares. Fue creado en 1954, después de la Segunda Guerra Mundial, con diversos objetivos. Fue una propuesta original de Louis de Broglie, un físico francés Premio Nobel de Física, muy conocido por su participación en el desarrollo de la mecánica cuántica; Broglie propuso realizar un gran proyecto en Europa por varias razones: una de ellas, para evitar la fuga de cerebros que sufrió el continente durante la Segunda Guerra Mundial, en que muchos científicos se fueron, principalmente, a los Estados Unidos. La propuesta fue hacer en Europa proyectos ambiciosos que retuvieran a los académicos y a los físicos de alto nivel; pero, por supuesto, que hubo otras propuestas y otra que es muy importante, y que se sigue citando mucho, es la de traer a las naciones en conflicto para trabajar en tema de interés común son la ciencia y la tecnología; de manera tal que a finales de los cincuenta, se tenía cerca de Ginebra, en Suiza, un laboratorio en el que estaban trabajando ya los franceses, alemanes, italianos e ingleses, que eran las naciones que estuvieron en guerra anteriormente.
Otro motivo importante para su creación fue que estalló una bomba atómica en 1945 y continuaba una gran discusión sobre los usos de la energía atómica. Entonces, se buscó hacer investigación para usos pacíficos de la energía nuclear; lo cual tampoco acabó siendo una realidad porque el CERN se fue por el aspecto más básico de la investigación de la estructura de la materia. El CERN ha albergado ya muchos proyectos de partículas elementales. Acaban de celebrarse los 65 años del primer acelerador que fue construido ahí, el cual fue un Sincro-ciclocón de 600 mbs. En este se hizo el primer gran hallazgo: un decaimiento de una partícula subatómica, el pion. Después vendrían otros aceleradores como el Proton-ciclotrón, que fue inaugurado por grandes figuras como Neils Bohr. Y desde entonces se han venido desarrollando maquinas cada vez más poderosas para estudiar la estructura de la materia. La más reciente, la más grande, la más intensa, la de mayor energía en el mundo, es el Gran Colisionador de Hadrones.
Este es una máquina experimental gigantesca que permite el estudio de las preguntas fundamentales que nos planteamos como son: la existencia de dimensiones extras, cómo era el universo temprano, la posibilidad de que exista una microestructura, cómo surgen y cómo se rompen las simetrías en el universo, de qué está hecha la materia oscura; en fin, todas preguntas muy fundamentales de la física moderna. Está compuesta por es un anillo gigantesco de casi 28 kilómetros de perímetro, el cual se encuentra entre 100 y 150 metros por debajo del nivel de la superficie. En este se aceleran protones a la más alta energía jamás lograda y en la dirección contraria; de manera que hay cuatro puntos en el anillo en los que se hacen coincidir a los protones con los protones que vienen en la dirección contraria para hacerlos chocar a muy alta energía. Lo mismo se hace con iones pesados, de plomo. Estos son de interés porque al hacer chocar estos iones se alcanzan temperaturas muy altas, arriba de los 5 billones de grados; y en general se replican las condiciones de materia extrema que existían cuando el universo tenía tan solo diez microsegundos después del big bang.
Mi participación en el Colisionador tiene que ver con los cuatro puntos donde se realizan las grandes colisiones de energía. En esos cuatro puntos se han colocado detectores, grandes experimentos que se realizan para analizar qué es lo que ocurre. Uno de ellos es ALICE; como en Alicia, pero en inglés, que son las siglas de A Large Ion Collider Experiment (Gran Experimento Colisionador de Iones); está especializado para la colisión de iones de plomo a muy alta energía, de iones ultrarelativistas, que generan una temperatura realmente alta, y que se especializa en estudiar el universo temprano. Nosotros buscamos desconfinar a los quarks y a los gluones en algo que conocemos como plasma de quaks y de gluones, que hemos logrado, y que se crea cuando dos iones de plomo colisionan a muy alta energía. Este plasma debió ser el estado que tenía la materia en el Universo temprano, cuando la materia recién había comenzado entre diez y microsegundos después del big bang, a muy alta temperatura y densidad; y en el experimento ALICE recreamos, pues, pequeños big bangs, para estudiar cómo era esta materia primordial del que se generó todo lo que vemos a nuestro alrededor. Yo he trabajo ahí diseñando, construyendo y operando detectores para estudiar esta materia primordial desde México, a través de varias instituciones que hemos diseñado y construido detectores.
Hace diez años el mundo científico se sacudió por la confirmación que dio el CERN sobre la existencia del Bosón de Higgs. Sé que explicar la importancia de la partícula en la física moderna hacia personas no legas en el tema es una tarea titánica, pero también he visto que te has abocado a ella como una tarea de divulgación científica paralela a tu actividad institucional. ¿De qué herramientas te has valido para explicarla y cómo ha sido captado por la población, en especial la que no conoce el tema?
Empezaría aclarando que el CERN no confirmó la existencia del Higgs, sino que el CERN descubrió la partícula. No había algo que tuviera que ser confirmado. Existía una idea desde los años sesenta, una propuesta especulativa (como otras más), sobre cómo la materia adquiere masa; sobre cómo es que las partículas microscópicas adquieren una resistencia a moverse. A esa resistencia los científicos le llamamos masa. Y existían muchas ideas de cómo podía ocurrir ese fenómeno. Una de esas era el rompimiento espontáneo de simetría, que implicaba la existencia de una partícula. Pero eso no quería decir que ya estaba ahí y que nosotros la confirmamos. No, el descubrimiento se realizó en el CERN.
Es importante dejar claro que algo que no existe hasta que se le observa experimentalmente. Eso es importante aclararlo. Porque a menudo existe la idea de que ya se sabía y que solo se confirmó. No, no se sabía. Lo que sabemos lo observamos al hacer experimentos. Y eso ocurrió en 2012. El CERN estuvo tomando datos de la colisión protón contra protón desde 2009. Para 2012 había acumulado una buena cantidad de eventos que permitía buscar, entre ellos, la aparición de esta partícula. Efectivamente el cuatro de julio de 2012 se informó que había suficientes eventos para decir que se le había observado.
En 2013 se entregó el Premio Nobel a quienes habían hecho esa propuesta, entre otras propuestas que había para explicar la adquisición de masa. De manera tal que es un premio que no se otorgó al CERN porque el premio no se da a colaboraciones grandes; y en este caso del descubrimiento se dio el Premio Nobel a dos de los seis físicos teóricos que habían propuesto de manera simultanea ese mecanismo particular de darle masa a las partículas.
El Higgs, como todas las partículas subatómicas, es un campo. Ahora pensamos en términos de campos. La teoría más avanzada que tenemos para describir el mundo microscópico y la realidad, es algo que conocemos como Teoría de Campos; y en esta teoría, todas las partículas son manifestaciones, epifenómenos, de los campos. Lo que existe en la naturaleza son campos y a veces se manifiestan como partículas, y a veces como campos cuando interfieren o cuando ocurren otros fenómenos.
Entonces tenemos un campo del electrón, un campo de quarks y ahora, también, sabemos que existe un campo de Higgs. Este último lo permea todo, está en todas partes, y es un campo que interacciona con el de electrones, el de gluones, con los campos de los quarks; y al interaccionar con ellos les otorga una resistencia a moverse, les comunica y proporciona una masa. De manera tal que así podemos explicar que esas particulas subátomicas tengan una resistencia a moverse, tengan una cierta inercia. Por supuesto que hay partículas subatómicas elementales que no tienen masa, que no tienen una resistencia al moverse, por ejemplo el campo electromagnético como la luz, donde los fotones no tienen masa. Estos viajan a la máxima velocidad posible porque no tienen una resistencia a moverse. Y entonces, ese es un campo que no interacciona con el Higgs.
Así podemos entender lo que ocurre en el mundo microscópico. Es como si estuviésemos en una piscina y el agua fuese el campo de Higgs; y los objetos que interaccionan con el agua tienen dificultad para moverse en ella. Cuando más grande es el objeto, mayor dificultad y más resistencia a moverse porque interacciona con el agua. Esto es una metáfora incorrecta, estrictamente hablando, pero que sirve como imagen plástica para entender un poco lo que ocurre en el mundo microscópico.
Ya incluso antes del descubrimiento de Higgs, esta ya había formado parte de la cultura popular, en especifico de la ciencia ficción. Posteriormente, ha sido utilizada con más facilidad en argumentos de las series Dark y del videojuego The death stranding. También Nick Cave ha compuesto una canción en la que lo menciona, pero más como un pretexto para hablar de otras cosas. A ti que, seguro, te ha tocado ver la integración de este concepto científico en la cultura popular, ¿qué sensaciones te ha provocado? Sé que eres un lector constante ya que en tus redes hablas de las lecturas literarias que estás realizando pero, también, ¿eres consumidor de ciencia ficción?
Sin duda, este como muchos otros avances de la física de partículas o de la investigación o de las especulaciones de los físicos, ingresan rápidamente a la ciencia ficción. Es efectivamente algo muy conocido y visto en otras ocasiones. El Higgs no es el más fructífero; yo creo que más fructíferas son las dimensiones extras, que también se buscan en el Gran Colisionador de Hadrones. Incluso hay algunos que entraron en la ciencia ficción mucho antes que en la ciencia seria. Es el caso de la quinta dimensión. Creo que ya en el Siglo XIX, H.G. Wells ya hablaba de la posibilidad de ver de otras dimensiones extras, y de viajes en el tiempo, también; mucho antes de que se tomara con seriedad.
El Higgs ha entrado muchas veces, como las que tu mencionas aquí, y eso yo lo veo como algo positivo. Entró en la cultura popular muy rápido, en buena medida, gracias al titulo que le dio Leon Ledderman a su libro: La partícula de dios. Algunos lo tradujeron en español como La partícula divina. En inglés era The god particle. En realidad, en inglés, el origen del titulo es bastante trivial: Leon Ledderman escribió este libro con Teresi, un editor muy bueno de divulgación científica, y fue quien hizo la mayor parte de la escritura; en mayor medida con las visiones de Ledderman. Y los que conocimos a Leon Ledderman sabemos que era un tipo bastante bromista, de muy buen humor, y cuando terminaron el libro y pensaron en el título del texto, Ledderman propuso ese porque, de inicio, el libro fue escrito antes de que fuera descubierta la partícula; y trata mucho sobre esta, porque era la única que nos faltaba para completar el cuadro completo de las partículas elementales. En varias ocasiones, se refiere a que dicha particular partícula no aparecía, entonces propuso que el libro se llamara la condenada partícula (the goddam particle), pero por supuesto que Teresi que no aceptó con mucho agrado esa propuesta de titulo y suprimió el “dam”. Y quedó The god particle, que es un titulo que dio muchas ventas porque suele ser un titulo muy atractivo para la gente.
Yo pienso que esa fue la puerta de entrada del Higgs a la cultura popular, a las masas, porque a la gente le inquietó mucho. Esto ocurrió a tal grado que tras ese título, se le transfirió al Gran Colisionador de Hadrones –en muchos libros, en muchos países, en diversos medios, periódicos, artículos de revistas– el nombre de ‘la maquina de dios’. Porque se suponía que ahí se iba a producir al Higgs, que ahí se generaría a la partícula de Dios. Ese es un poco el camino que tiene el Higgs en la cultura popular. Efectivamente, el Gran Colisionador de Hadrones empezaría a trabajar en 2009 y para julio de 2012 estaba anunciando el descubrimiento del Higgs, la ‘partícula de dios’, y por supuesto que las inquietudes de la gente eran mayores, ya se venía a corroborar la propuesta, y las preguntas surgían.
A mí me tocó mucho dar charlas sobre el tema y responder preguntas de la gente en ese sentido. Y poder ver que la gente ya lo había incorporado a su bagaje cultural. También hay varios recuentos de cómo le preguntaban a Leon Ledderman sobre el tema y las cosas que contestaba, siempre con humor: en una de las entrevistas que da con un reportero, este le pregunta por qué se le brinda tal nombre y Ledderman le responde que es una partícula que está en todas partes, que es un campo que lo permea todo. De manera que es un campo omnipresente.
Dijo que era muy probable que este campo haya jugado un papel muy relevante en el origen del Universo, porque actualmente consideramos que el campo de Higgs pudo haber sido crucial para la inflación cosmológica, que tuvo lugar cuando el Universo tenía apenas 10 a la menos 35 segundos. Es gracias a ese proceso inflacionario, que el Universo se estabiliza. Y es por el cual existimos. Y en buena medida, la explicación que dan los cosmólogos para la inflación es la existencia de un campo escalar que se parece mucho al Higgs, y se dice que la partícula podría ser la responsable de la creación del Universo. Todo eso lo contestó Ledderman. Y luego añadió: Bueno, por eso le pusimos así al libro pero, también, porque de esa manera iban a mejorar nuestras ventas. Hacía ese tipo de respuestas bromistas altisonantes, glamorosas, que le daban sentido al nombre pero que en realidad fue una cuestión casual.
Creo que la parte más poderosa del potencial que tiene el Higgs en la ciencia ficción, tiene que ver con su papel fundador del Universo. Es el Higgs es el que responsabiliza por hacer que este creciera desde su tamaño de miles de millones de veces más pequeño que un protón, hasta alcanzar aproximadamente un metro y luego estabilizarse; porque es gracias al Higgs que la radiación primordial adquirió una resistencia a moverse, de manera que después del proceso inflacionario había ya materia. Es decir, partículas con masa, con resistencia al movimiento que podrían ya comenzar a formar estructuras, las primeras, que le darían cierta estabilidad al Universo. Esa parte del Higgs es, por supuesto, muy imaginativa. Y está llena de posibilidades para la ciencia ficción.