“Puede que el LHC no haga más que entenderlo todo”, con está frase del físico de partículas David E. Kaplan (Universidad Johns Hopkins, Baltimore, Estados Unidos) terminábamos nuestro post sobre el LHC. Una frase sacada del maravilloso documental Particle Fever que él mismo dirigía, protagonizaba, y producía, y que nos enseña de la mano de varios físicos cómo se vivió el descubrimiento del Bosón de Higgs. Un documental muy cuidado en todos sus aspectos que lo hace único.

Pues bien, el Profesor Kaplan vino a Madrid a una de las conferencias internacionales de cosmología y física de partículas más importantes a día de hoy, y en Rewisor no podíamos dejar pasar la oportunidad de charlar con él. Es una persona muy cercana, con mucho humor, y que intenta ser comprendido a la hora de contar algo (no muy habitual entre los físicos teóricos). Nada más sentarnos le digo que quiero aprovechar la oportunidad para hablar de física, no de su vida o de sus opiniones políticas, lo cual parece relajarle mucho. Aprovecho también para darle las gracias por Particle Fever, por mostrar al mundo cómo funciona el LHC, cómo es la gente que trabaja en este gigantesco experimento, y sobretodo lo que supuso el descubrimiento del Bosón de Higgs…

Poster de Particle Fever. Crédito: ryanbrymer.com

Entonces, ¿podrías explicarnos de forma sencilla cuál es el papel del Bosón de Higgs en el Universo?

– No (risas). Pero puedo intentar decir algo (risas). Todo el mundo quiere aprender qué es lo último que se ha descubierto en física de partículas, pero casi nadie entiende la física cuántica. Esto hace que sea muy difícil explicar al gran público algo como el Bosón de Higgs porque no hay un sustento en el que apoyarse para tal explicación. Sin embargo, vamos a intentarlo. Mi explicación favorita, sobre la que he pensado mucho y me parece medianamente satisfactoria, es la siguiente: sabemos cómo funcionan los imanes, se puede sentir la fuerza que se genera entre dos imanes incluso cuando no se están tocando. Así que describimos esa fuerza en términos de algo que sí que se toca, y que es el campo magnético que rodea a los imanes. Así que cuando acercas los imanes el campo que los rodea se comprime y eso genera una fuerza, sea atractiva o repulsiva. El Higgs en esencia es lo mismo, es un campo, pero con una diferencia. En el caso de un imán existe una fuente local de ese campo (el propio imán) y depende de en que dirección pongamos el imán sentiremos la fuerza en una dirección especifica. En el caso del Higgs, el campo esta en todos sitios del Universo, esto hace que no haya una dirección especifica, esto hace que no sea una fuerza, pero lo que si que hace es dar inercia a las partículas, les da masa. La inercia es algo que no tiene una dirección preferida, y de hecho, si uno profundiza verá que satisface las ecuaciones de Einstein de la Relatividad General. Así que éste sería el papel del Higgs. Pero el Higgs es parte de una teoría más compleja, la Teoría Cuántica de Campos (QFT), así que tienes que saber cómo las cosas actúan bajo el prisma de la física cuántica, cosas como que las partículas aparecen y desaparecen, es una cosa muy complicada. Pero en parte se puede hacer una analogía con algo que experimentamos en el día a día, y que son los imanes.

Así que el Higgs da masa a las partículas. Pero, por ejemplo, un electrón que se produce en el Sol, ¿recibe su masa del Higgs? ¿Cuándo pasa esto?

– El Higgs no da masa desde un punto de vista dinámico en nuestro día a día. Así que un electrón, o cualquier partícula masiva creada en el Sol, ya tiene masa. Las ecuaciones que gobiernan su movimiento ya incluyen una masa que no esta dada por el Bosón de Higgs como partícula, sino por este campo que está en todos sitios del Universo. Puedes imaginar un momento en el pasado lejano del Universo cuando éste campo del Higgs estaba “apagado”, como un momento en el que ese imán del que hablábamos no estaba funcionando. En este momento no diríamos que las partículas tienen masa debido al Higgs. Sin embargo, en aquella época la temperatura del Universo era altísima y las partículas que había se movían a velocidades muy cercanas a la luz, esto hace que sea muy complicado explicar que ocurría. Pero en ese sentido, el Higgs sólo dió masa cuando el campo se “encendió”, hace mucho tiempo…Pero todo esto son analogías, no es muy preciso todo lo que digo (risas)…

Desde que hemos descubierto el Higgs se dice que hay problema con su masa…

– Sí, la masa del Higgs es un misterio…

Eso es, parece que ahora entendemos la masa del resto de partículas pero no la suya. Y el hecho es que deberíamos esperar que el LHC hubiera descubierto algo más aparte del Higgs para entender su masa ¿qué crees que está pasando? 

– ¡Creo que es fantástico! (risas). Realmente creo que la comunidad de físicos teóricos se ha vuelto vaga porque hay una solución a la pregunta ¿de dónde viene la masa del Higgs? Se decidió que la masa del Higgs debía venir de alguna teoría más fundamental, y la hipótesis era que esa teoría habría de tener simetrías que explicaran la masa del Higgs, la más popular es la Supersimetría. Pero hay otras opciones, como que el Higgs esté compuesto de otras partículas aún más fundamentales (de la misma forma que un protón está compuesto por quarks) y que su masa tenga que ver con esas otras partículas. Todas esas teorías predicen que deberíamos ver el Higgs y todo lo que viene con él. La realidad es que no hemos visto nada más aún. La verdad es que durante muchos muchos años no se ha tenido siquiera pruebas indirectas de que algo más pueda venir con el Higgs, pero la Supersimetría es una teoría tan tan bella que la gente se ha apegado a ella. Creo que esto ha impedido que la gente se ponga a trabajar en lo que podríamos llamar “ideas locas”, ideas en las que uno piensa pero que no publica hasta que se descubre algo concreto. Muy poca gente piensa de esa manera. Ahora que no hemos visto nada más que el Higgs, se abre la posibilidad de que estas ideas no sean tan “locas” al fin y al cabo, y la gente se está abriendo a ellas. Lo interesante es que se podría argumentar que el problema de la masa del Higgs es un problema filosófico, es una cuestión que no tiene un contexto completo que permita definir si realmente es un problema o no. Es una hipótesis acerca de la naturaleza más fundamental de las cosas, de la posible Teoría del Todo. Pero si no sabemos nada acerca de ésta, no podemos decir que haya ningún problema. Por este motivo yo nunca he pensado en esto como un problema, si no como una pista de que ha de haber algo más ahí fuera. Así que el hecho de que el LHC no haya visto nada es genial, nos está diciendo que no vamos en la dirección correcta.

¿Qué otras cosas nos podrían estar diciendo que no estamos yendo en la dirección correcta?

– La materia oscura. Éste fenómeno da cuenta de que hay materia en el Universo que no está hecha de átomos. En el colegio te dicen que toda la materia está hecha de átomos y esto es mentira, la mayoría de la materia del Universo no está hecha de átomos. ¡Y este no es un problema filosófico! es un problema verificado experimentalmente, hay mucha evidencia experimental que nos dice que la estructura del Universo incluye “cosas” que no interaccionan con la luz, y por este motivo, tenemos que resolver esto. Además, en este sentido, tenemos más garantías de que vamos a entender la solución a este problema, mientras que no es así para la cuestión sobre la masa del Higgs.

Hablando de materia oscura. Parece que el paradigma de que la materia oscura este compuesto de partículas masivas débilmente interactuantes (esto es una clase genérica de partícula que explicaría la materia oscura del Universo, en inglés WIMP) debería haberse probado como cierto ya…

– Este paradigma sufre del mismo sesgo que tenemos para la Supersimetría. Es exactamente lo mismo. El sesgo que nos dice que debemos ver algo en el LHC aparte del Higgs, es el mismo que nos dice que la materia oscura está compuesta por esas partículas. De hecho es que la materia oscura ¡podría ser literalmente cualquier cosa! ¡cualquiera! Pero lo maravilloso de la QFT y la Relatividad General es que nos dice que el conjunto de posibles soluciones a este problema es relativamente pequeño. Podría incluso calcular numéricamente cuantos tipos de materia oscura son posibles. Ahora bien, la masa de la materia oscura es otra historia, podría ir desde 0.000000000000000000000000000001 veces la masa de un protón hasta 100 millones de veces la masa del Sol. Lo bonito de esto es que tenemos diferentes experimentos que buscan en diferentes zonas de este rango de posibilidades. Pero como decía antes, la comunidad se ha vuelto vaga, porque nos conformamos con tener estos WIMPs, cuya masa es similar a la del Higgs, aunque no se hayan visto. Pero si esto no es cierto, debemos ser muy creativos para ver como podríamos detectar materia oscura.

¿Cuál sería tu apuesta personal acerca de la naturaleza de la materia oscura? 

– ¡Oh dios mío no tengo ni idea! (risas). En general creo que es más probable que sean partículas que objetos compactos de mayor tamaño, pero sospecho que es un conjunto de cosas, no sólo una. Quizá una de ellas domine sobre las otras, es decir, la mayoría de la materia oscura sería un tipo de partícula, y ya de paso te digo, que pienso que es una muy ligera. De hecho, la alternativa más popular al WIMP son los denominados axiones, son una posibilidad muy interesante ya que representan una partícula genérica muy ligera que pudo ser creada en los orígenes del Universo de una manera muy especifica. En este sentido, estos candidatos parecerían más como un fluido que llena el Universo, más que partículas.

De hecho, en la charla que acabas de dar en el congreso, has presentado un modelo en el cual los axiones interactúan con el Higgs, ¿qué supondría esto?

– Es increíble ver que cuando acoplas un axion al Higgs tendría consecuencias sobre lo que ocurrió en los comienzos del Universo y que esto a su vez explicaría la masa del Higgs. En este modelo, la masa del Higgs no se explicaría con una simetría como decíamos antes, es más como cuando pones una montaña de arena en el suelo y puedes predecir cuál será el ángulo que la montaña formará con el suelo. Te preguntas, ¿cómo puedes predecir este ángulo antes de echar la arena? pues existe un ángulo crítico, un ángulo a partir del cual si echas más arena ésta resbala en avalancha hacia abajo. A esto lo llamamos “self-organized criticality”. Así que si de la misma manera la masa del Higgs cambia con el tiempo, como la cantidad de arena de nuestra montaña, podría llegar a un punto crítico donde no cambia más, como el ángulo de la montaña. Ese punto crítico es además el punto en el cual el campo del Higgs se “enciende” y da masa al resto de partículas. También es interesante que en este modelo no se predice que vayamos a ver nada más en el LHC, pero en la práctica, este tipo de axiones serían detectables por otros medios.

Solo para hacernos idea, cuando dices que este punto crítico ocurrió en el Universo temprano, ¿a qué tiempo nos referimos?

– En física medimos el tiempo del Universo en base a su temperatura. Ahora mismo no recuerdo la conversión exacta entre la temperatura y la edad en segundos, pero esto debió ocurrir mucho antes de que pasara un segundo desde el nacimiento del Universo.

Por último, decías que la comunidad científica esta vaga, está atascada. Por supuesto que el avance ha de venir desde el lado teórico y experimental. Sin embargo, parece que ahora mismo solo se piensa en usar la misma tecnología pero más grande, es decir, hacer aceleradores de partículas más y más grandes que probarían las mismas teorías pero en escalas de tamaño más y más pequeñas…

– Sí, la gente se ha acomodado…

¿Crees entonces que debemos volver a pensar en las teorías que estamos probando? ¿Pensar más en otras teorías? ¿cómo ves el futuro? 

– La comunidad se comporta de forma diferente que cada Ser Humano por separado. No creo que la comunidad como un “todo” tenga que pensar diferente. Creo que cada uno tenemos que encontrar lo que nos inspira y trabajar en esa dirección. La investigación real no viene de decisiones colectivas acerca de lo que hay que hacer. Hay un pensamiento en comunidad, pero cada persona absorbe esa información en su cerebro, que es único, y lo interpreta a su manera. Creo que hay vaguería en general en el campo de la física teórica, pero en lado experimental es un poco diferente porque incluso aunque pensemos que el Higgs no es interesante, o Supersimetría…experimentalmente se marca límite del conocimiento. Sabemos como son las leyes de la naturaleza a ciertas escalas, y tendemos a extrapolar esta información a escalas desconocidas, sin saber si es verdad o no, pero esto es solo una investigación que podríamos llamar genérica. Tiene sentido pensar en cómo detectar cosas a diferentes escalas. Si yo tuviera una cantidad infinita de dinero todo debería ser investigado. Dibujaría las fronteras de lo que sabemos y empujaría en todas direcciones. Pero la parte complicada es dibujar estas fronteras. En el caso de la física teoría todo se reduce al tamaño, ir hacía escalas más pequeñas. ¿Debe todo el mundo trabajar en esto? eso lo debe decidir cada uno individualmente, pero solo tomando riesgos de verdad se puede conseguir despertar al que tenemos al lado.