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No, el Higgs no origina la mayor parte de tu masa

Iván Téllez
25/abr/2018

Cuando en 2012, el CERN reportó que había detectado el Bosón de Higgs hubo un revuelo entre la comunidad científica y se difundió por varios medios que esta partícula, predicha teóricamente por Peter Higgs desde 1964, era la responsable del origen de la masa que vemos a nuestro alrededor, es decir la que compone lo que llamamos el Universo visible.

Sin embargo, poco se mencionó de lo que ya se sabía antes del aparatoso descubrimiento: que los responsables de la masa no eran el Higgs sino los gluones (del inglés glue, que significa pegamento), las partículas de atracción de la Fuerza Nuclear Fuerte (una de las cuatro principales de la naturaleza), que se genera por la interacción de los quarks entre sí mismos.

“Frecuentemente escuchamos que el ser humano es 75 por ciento agua, pero lo que casi nunca nos dicen es que somos 95 por ciento pegamento”, dijo Raúl Briceño, investigador del Jefferson Lab (JLab), cuando visitó México, para ofrecer la charla “El mundo exótico de quarks y gluones”, el pasado 8 de marzo en el Instituto de Física.

En efecto, se sabe que el 95 por ciento de la masa de los objetos que nos rodean proviene de ese pegamento, es decir, los gluones, mientras que solamente el 5 por ciento viene del mecanismo del Higgs.



Raúl Briceño, durante su charla en el IFUNAM. Foto: David Salcedo.

En busca de resonancias

Todo lo que compone nuestro universo visible, incluidos nosotros mismos, está hecho de átomos cuyos núcleos están compuestos por protones y neutrones. Estos, a su vez, están compuestos por otras partículas llamadas quarks y gluones que, por cierto, no han podido detectarse de manera individual, por lo que se dice que están confinadas.

Briceño, físico venezolano especializado en física de partículas con un doctorado por la Universidad de Washington, se dedica a analizar las distintas manifestaciones de cómo estos quarks y gluones se mantienen unidos, son manifestaciones que van más allá de los neutrones y protones. "Hay manifestaciones exóticas de vida muy corta que solemos llamar resonancias”, afirmó el investigador.

Experimentalmente, estas resonancias han sido estudiadas desde hace mucho tiempo, pero teóricamente ha sido muy difícil describirlas. Así que la respuesta por parte de Briceño y otros colegas ha sido una técnica conocida en inglés como lattice Quantum Chromodynamics, algo que en español podría traducirse como: reticulación de la cromodinámica cuántica, o QCD reticular.

Esta técnica consiste en modelar las resonancias que mantienen unidas a quarks y gluones a través de estudios numéricos y supercomputadoras.

“Cuando se descubrió el Higgs, ya se sabía que 95 por ciento de la masa provenía de los gluones desde hacía 30 años, debido a un fenómeno que describe la QCD”, explica César Fernández Ramírez, investigador del Instituto de Ciencias Nucleares de la UNAM, quien invitó a Briceño a México.

"Esta teoría de la cromodinámica cuántica explica que de la interacción de los quarks (por medio de los gluones) se da una fuerza mayor entre ellas, lo que hace que la energía generada sea positiva y ésta sea representada en la creación o aumento de masa", afirma Fernández Ramírez.

Para saber cuánto de ella era responsabilidad de los gluones, hicieron cálculos para igualar la masa de los quarks a cero y, al hacerlo, se dieron cuenta de que la masa del protón también disminuía y que lo hacía de forma exponencial. Con base en ello, determinaron que la masa provenía en su mayor parte (95 por ciento) de la dinámica de los gluones.

Aunque esto se sabe desde hace muchos años, fue apenas en 2008 cuando, usando únicamente la QCD y supercomputadoras, físicos de Alemania, Hungría y Francia pudieron calcular la masa del neutrón, del protón y de otros hadrones (partículas subatómicas formadas por quarks y gluones).

Todo esto ha representado grandes avances para la física hadrónica en los años recientes, y sin embargo aún faltan muchas cosas por conocer, observar y calcular sobre las resonancias que mantienen unidos a los quarks y los gluones.


Raúl Briceño, durante su charla en el IFUNAM. Foto: David Salcedo.
En búsqueda del Santo Grial

“Hay un hadrón (conjunto de quarks y gluones) exótico, que se ha estado buscando: el Glueball, el cual solo está conformado de gluones; no hemos encontrado evidencia experimental de él pero si se descubre tendrá un gran impacto en la comunidad”, puesto que ayudará a entender mejor el origen de la masa, señaló Briceño en su charla en el IFUNAM.

De hecho, hay lugares donde lo están buscando. Dentro del JLab, donde trabaja Briceño, hay un proyecto conocido como GlueX, a través del cual los investigadores intentan explicar la componente gluónica dentro del protón.

En el GlueX, de acuerdo con Briceño, manipulan fotones para que choquen contra un protón a casi la velocidad de la luz, cuyo impacto crea una serie de partículas, como los gluones, que pueden ser registradas por los detectores.

De entre esas partículas que se generarían, “hay una que nos gustaría producir y es el Glueball, el Santo Grial dentro de la física hadrónica. El problema es que por la interacción que tiene (solo se le encuentra ligado a quarks) es un experimento difícil y solo tenemos nociones de en qué masas se encontrarían”, contó Briceño.

De acuerdo con César Fernández, “uno tiene que estar seguro de que lo que ve no sea una mezcla de gluones y quarks, sino que efectivamente sea una sola familia de gluones. Y estamos muy lejos de ello… puede ser que falte una generación completa de experimentos para encontrarlo”.

Entretanto, Briceño busca generar alianzas con físicos mexicanos, como Fernández, para que juntos puedan avanzar en la comprensión del origen de la masa de todo lo que vemos.


Raúl Briceño, durante su charla en el IFUNAM, acompañado por César Fernández Ramírez (ICN) y Manuel Torres Labansat, director del IF. Foto: David Salcedo.