Los Pilares de la Ciencia: El Higgs ya está aquí

En primer lugar, os adelanto que en este post podréis leer si la partícula que encajaría con el modelo del bosón de Higgs se ha descubierto o no y en qué condiciones, aunque por el título del post ya podéis intuir algo. El que no pueda esperar, puede irse al último apartado titulado "El descubrimiento" y allí lo podréis leer. Para los más pacientes, os iré recopilando lo que ha sucedido en estos últimos días, así que, podéis leer el post en el orden que queráis.

Los precedentes

Días antes de que el CERN ofreciese noticias concluyentes sobre el bosón de Higgs, mucho se especuló en torno a filtraciones. Pero antes de nada me gustaría poneros en situación.

El bosón de Higgs se predijo hace casi 50 años. Según el modelo estándar es una partícula que mediante su campo dota de masa a la materia y es el eslabón perdido entre la fuerza nuclear débil y la electromagnética para tener así una única "interacción electrodébil".

Peter Higgs junto a las ecuaciones que predicen la existencia del bosón que lleva su nombre.

Un inciso: el GeV o gigaelectronvoltio

En algunos post anteriores he nombrado en varias ocaciones al GeV o gigaelectronvoltio. ¿Qué es esto? Ni más ni menos que una medida de energía:

1eV = 1.6021 × 10^-19 J

Por lo tanto, un GeV son 1,6021 × 10^-10 J y si sustituimos este valor de energía en la famosa ecuación y despejamos la masa obtenemos:

E = mc² --> m = E / c²

Y estaríamos hablando de una masa de:

m = 1.6021 × 10^-10 / (2.9979 × 10⁸)² = 1.7825 × 10^-27 Kg

Masa de 125 GeV

Parece ser que la filtración (o una de las filtraciones) de la que echaron mano diferentes medios se centró en una supuesta señal de desintegración de una partícula consistente con el modelo teórico del Higgs. Esta desintegración tuvo lugar en dos fotones de alta energía, esto es, una de las formas más limpias que se tiene para detectar al bosón entre los cientos de miles de millones de colisiones registradas en el LHC del CERN.

Y todo esto parece que sucedió a una masa de 125 GeV, tal y como se especuló el año pasado. Según las ecuaciones de arriba ese valor de energía correspondería a una masa de:

m = 2.2281 × 10^-25 Kg

o lo que es lo mismo, 133.2177 veces la masa del protón.

El problema es que los experimentos ATLAS Y CMS obtuvieron este valor de masa con una precisión entre 4.5 y 5 sigmas y los científicos de los diferentes experimentos mantenían que no anunciarán el hallazgo del Higgs hasta que su precisión no superase el 5 sigma, esto es, una probabilidad menor de 0.00006% de error y este valor es el mínimo para que un descubrimiento pueda ser tratado como tal.

Representación del LHC y la localización de los experimentos CMS y ATLAS.

Desde el Tevatrón (Laboratorio Fermilab en EE.UU.) también se hicieron investigaciones para capturar la escurridiza partícula y, a pesar de que cerró en 2011, todavía se analizan los datos. Según este laboratorio el Higgs se encontraría entre las masas de 115 y 135 GeV con una certeza de 2.9 sigma.

La opinión de los investigadores

Martinus Veltman, premio Nobel de Física en 1999 por su trabajo en el modelo estándar afirmó que "hay algo, hay una resonancia. Ahora tenemos que averiguar si cumple todas las propiedades que se supone que tiene el bosón de Higgs".

Carmen García, investigadora del experimento ATLAS, que no pudo hablar del descubrimiento hasta el día de hoy, afirmó unos días antes que “su descubrimiento supondría una mejor comprensión del universo (...) Sería el comienzo de una nueva fase en la física de partículas”.

Teresa Rodrigo, investigadora del experimento CMS, al igual que su compañera no pudo hablar de los resultados pero comentó que “si hay excesos de datos en una región de masa dada la estadística actual será insuficiente para concluir firmemente que este exceso de deba sin lugar a dudas a su existencia".

Martinus Veltman, ganador del Premio Nobel de Física en 1999 junto a Gerardus 't Hooft por elucidar la estructura cuántica de la interacción electrodébil en física.

Las "filtraciones"

- El comunicado del CSIC

El 2 de julio, Emilio Lora Tamayo, director del CSIC envió un comunicado para hacernos partícipes de "la inminente noticia que se anuncia para esta semana en relación al descubrimiento de la evidencia experimental del bosón de Higgs".

Según este comunicado la evidencia de la existencia del Higgs se produciría "con masa 125 GeV". Este afinamiento en los resultados se debe a todos los resultados obtenidos en 2012 que han sido muy superiores a los tomados en 2011, por lo tanto la precisión con la que se ofrecería la evidencia sería mucho mayor. Para Lora Tamayo, "estamos ante un momento histórico de la ciencia" si el hallazgo se llegase a confirmar.

- Revista Nature

Según la prestigiosa revista Nature, se presentaría la evidencia de una partícula nueva, pero serán necesarios más datos para confirmar que sea el bosón de Higgs. Un científico del CERN que quiso permanecer en el anonimato comentó que "sin lugar a dudas tenemos un descubrimiento".

Mi apuesta

En el post que titulé "acorralado", del pasado 26 de junio, me aventuré a hacer mi propia predicción en base una rueda de prensa que ofreció Rolf Heuer, director general del CERN:

"El 4 de julio saldremos de dudas, aunque bajo mi punto de vista, escuchando a Heuer lo primero que me viene a la cabeza es que han encontrado algo que no les encaja con las predicciones teóricas."

El descubrimiento

"Hoy es un día especial porque vamos a actualizar los datos de ATLAS y CMS para buscar una partícula. Me he olvidado del nombre de esta partícula", bromea Rolf Heuer al comienzo de su discurso en la sala de conferencias del CERN.

- Turno de Incandela (CMS)

Tras la introducción de Heuer, Joe Incandela, portavoz del CMS comienza su discurso. Se muestra nervioso y lo reconoce. En sus transparencias presenta todas las partículas del modelo estándar conocidas para después mostrar los supuestos modos de desintegración del Higgs.

Incandela explica cómo funciona el experimento CMS y algunos resultados de 2011 sobre la búsqueda de este bosón. Estos resultados que se muestran como buenas noticias para confirmar el Higgs ya que los datos encajan con gran exactitud en el modelo teórico.

Esquema del experimento CMS. Créditos: CMS / CERN.

Finalmente, mostró unos resultados de dos canales con una fiabilidad entre 4.7 y 5.0 sigma a una masa de 125.5 GeV. Aplausos en la sala al oir la noticia. Ahora Incandela habla de los otros canales, esperemos que la sigma no decaiga.

La combinación de todos los canales (no es tarea fácil, según los expertos), ofrece una precisión de 4.9 sigma, dando la localización de una nueva partícula en una masa de 125.3 +/- 0.6 GeV.

"Se trata de un resultado todavía preliminar, pero creemos que es muy fuerte y muy sólido", afirmaba Incandela.

- Turno de Fabiola Gianotti (ATLAS)

Turno de Fabiola Gianotti, portavoz del ATLAS. Gianotti alaba el perfecto funcionamiento tanto del LHC como del ATLAS y uestra resultados de varias colisiones, pero sin entrar en detalles.
Los canales de desintegración utilizados para encontrar el bosón de Higgs son introducidos por Gianotti para a continuación presentar los datos, aunque como en el caso anterior, comienza por los datos de años anteriores. Gianotti adelanta que el análisis se ha mejorado y se ha aplicado a los datos de 2012.

Esquema del experimiento ATLAS. Créditos: ATLAS / CERN.

De momento en el canal fotón-fotón Gianotti muestra resultados con un 4.5 sigma en 126 GeV. Los resultados que muestra son muy esperanzadores y parecen ser compatibles con los del CMS. Mientras tanto, a Gianotti le entra una risa nerviosa para dar paso a las últimas diapositivas de su presentación.

"¿Sólo me quedan 7 minutos?" Exclama Gianotti mientras le comunican que tiene que ir terminando. A la vista está que todavía tiene mucho que contar. Pasa a hablar de la combinación de los distintos canales y ofrece la gran noticia: Han encontrado una nueva partícula entorno a una masa de 126.5 GeV con una precisión de 5.0 sigma.

"Observamos en nuestros datos claros signos de una nueva partícula con un nivel de confianza estadística de 5 sigma (99.9994%) entorno a 126.5 GeV", concluyó Gianotti.

Resumiendo

Una partícula ha sido descubierta. Por parte del CMS ha sido a una masa de 125.3 +/- 0.6 GeV a 4.9 sigma. ATLAS la ha descubierto a una masa entorno a 126.5 GeV con 5.0 sigma de evidencia local. Y esta nueva partícula descubierta por los dos experimentos es consistente con la teoría del bosón de Higgs.

"Lo tenemos. Es un hito histórico pero es sólo el principio", dice Heuer mientras la sala se llena de aplausos y gritos.

Un Peter Higgs, visiblemente emocionado incapaz de contener las lágrimas, pone el punto final a esta conferencia. "Es lo más increíble que me ha pasado en la vida", dijo.