El Bosón de Higgs y otros enigmas

A Rodrigo Negrete, iniciador del diálogo sobre el tema y uno de los más entusiastas interlocutores de entre aquellos que hemos participado en el intercambio de ideas al que dio lugar su iniciativa.

Al parecer, el Bosón de Higgs (Bosón viene del nombre de Satyendra Nat Bose, notable físico hindú) ha sido descubierto en el Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire (CERN) o la European Organization for Nuclear Research como se le conoce hoy. El hecho, ocurrido en ese centro de investigación situado en las inmediaciones de Ginebra, ha creado una atmósfera de vivo entusiasmo en el seno de la comunidad de los físicos contemporáneos partidarios del modelo estándar de la mecánica cuántica. La razón es clara: un buen número de ellos, de una manera u otra, ha participado en la consecución de este logro de primer orden científico, que es un esplendido ejemplo de tarea colectiva.

Las revistas especializadas y la prensa diaria han comentado con profusión la noticia que hoy es del dominio público general. El contento y la difusión asociados a esta proeza del intelecto humano están plenamente justificados. Los especialistas la equiparan al anuncio que hiciera Eddignton, en 1919, después de las observaciones efectuadas durante un eclipse, de que, en efecto, los rayos de luz provenientes de una estrella se curvaban en las cercanías del Sol, tal como predecía la relatividad general de Einstein. La confirmación observacional de ese fenómeno causó una conmoción intelectual muy amplia en ese entonces, similar a la que se observa ahora, e hizo de Einstein el científico más reconocido de su tiempo.

Ahora bien, en relación con este asunto quisiera exponer algunas reflexiones desde el punto de vista de un mero interesado en estos temas. Me ocuparé, entonces, de algunas de las implicaciones planteadas por el descubrimiento aludido en el panorama general de la física contemporánea y por ende en nuestro conocimiento del mundo en que vivimos. Con ese fin repasemos, aunque deba ser de modo sucinto, algunos momentos en la historia de la ciencia.

Uno de los primeros momentos que habría de ser considerado se sitúa algunos siglos antes de nuestra era. Ya desde los presocráticos, desde Parménides, se piensa en la unidad de lo diverso. Esto es, se cree en la idea de que no obstante la existencia de entes distintos, habrá siempre una cierta manera de que sean explicados como un todo unitario. Esta visión del mundo ha estado presente, de un modo u otro, en el desarrollo del conocimiento científico desde los primeros tiempos del origen de la ciencia hasta ahora.

Si seguimos la directriz de los trabajos de Galileo, Kepler, Newton no es difícil identificar una clara progresión de los proceso explicativos cuyos referentes son segmentos cada vez más amplios del universo físico. Esto es, las explicaciones científicas abarcan conjuntos cada vez más amplios de la realidad que nos es exterior. En esa secuencia, Galileo es el padre inaugural de la física moderna e introductor de la noción de experimento y de una concepción que asigna un alto valor a la observación empírica. Kepler ofrece una explicación del funcionamiento del sistema solar y, finalmente, Newton formula una interpretación del comportamiento físico que se supone válida para todo el universo, aunque se descubre después una cierta excepción que comentaremos más adelante. Se admite entonces la validez de la mecánica newtoniana para explicar el comportamiento de (casi) todos los objetos del universo meso y macroscópico. Se admite también que los mismos procedimientos de cálculo y de descripción científica pueden emplearse para fines diversos sobre objetos distintos: precisar la posición de un planeta desconocido, describir la trayectoria de un cometa o la de una manzana que cae del árbol son operaciones que suponen la misma física. Se rompe así la dicotomía entre objetos celestes y sub lunares, generalmente aceptada en los tiempos previos a esas revelaciones de la ciencia: todos los objetos del universo se comportan igual desde el punto de vista físico; no hay objetos privilegiados. Reaparece aquí esa (casi completa) unificación de lo diverso a la que aludimos antes.

La excepción en la teoría newtoniana señalada en párrafos previos se refiere al perihelio de Mercurio. Las perturbaciones en las órbitas de este planeta no eran explicables en el marco de la mecánica clásica. Para explicar estas anomalías hubo que esperar algunos siglos. En 1915, Albert Einstein presentó la teoría general de la relatividad que, entre otras sorpresas, solventó ese problema. Desde entonces, la teoría general de la relatividad ha sido sometida a innumerables experimentos cruciales y hasta ahora ha salido airosa de todos ellos. Por consiguiente, se considera hoy en día la explicación científica válida de la gravedad universal en el mundo meso y macroscópico y en el marco de velocidades que pueden llegar a alcanzar fracciones considerables de la velocidad de la luz.

En 1900, a partir de los trabajos de Planck, con las notorias contribuciones de Bhor, Heisenberg, el propio Einstein, Dirac entre muchos otros, se inaugura la llamada mecánica cuántica. El objeto de esa disciplina es el mundo de las partículas elementales. En este dominio del conocimiento científico se avanza también de modo sorprendente. Los éxitos experimentales se suceden con rapidez y se perfila un nuevo paradigma en la explicación del mundo subatómico. Entre los resultados desconcertantes de esta disciplina destaca el principio de incertidumbre, postulado por Heisenberg, que es un fuerte golpe para el determinismo sobre el que se sustenta la concepción clásica previa. Estas ideas postulan la noción de que en ese mundo rige la probabilidad y la estadística. Por la vía de estas dos disciplinas es que la incertidumbre penetra en el ámbito del conocimiento físico. Son de tal relevancia los resultados obtenidos por esa concepción de la mecánica y tan distintos de lo que esperaría la intuición y la lógica tradicional que el propio Einstein se rebela y enuncia la famosa frase de que no cree que Dios juegue a los dados. No obstante esta posición que defiende de algún modo el determinismo, Einstein había contribuido, de manera un tanto paradójica, a la mecánica cuántica con sus aportaciones sobre el efecto fotoeléctrico y el movimiento browniano, temas tratados en sus célebres artículos de 1905.

A pesar de sus críticos, la mecánica cuántica sigue acumulando éxitos experimentales y se manifiesta su gran precisión en los resultados previstos. Se obtienen, en los experimentos que se realizan en esta materia, cifras correctas hasta en 16 cifras decimales. Todos estos acontecimientos contribuyen a que se acepte que esta visión científica de la física derivada de los “cuantos” de Planck explica los efectos de tres de las cuatro fuerzas fundamentales de la naturaleza: la electromagnética y las llamadas fuerzas nucleares fuertes y débiles. La articulación de estos conocimientos constituye lo que hoy se llama el modelo estándar de la mecánica cuántica. Entre sus más relevantes constructores están Steven Weinberg, Abdus Salam y Sheldon Glashow  quienes son los primeros que me vienen a la memoria.

Por otra parte, no obstante todos los éxitos comentados y la sorprendente precisión de sus resultados experimentales, más ahora el descubrimiento del Bosón de Higgs, el modelo estándar no es capaz de explicar la cuarta fuerza, la fuerza de la gravedad. A la luz de tales limitaciones surge una nueva dicotomía: la teoría de la relatividad general explica la gravedad y las tres restantes fuerzas se explican en términos del modelo estándar. Pero esas dos concepciones no son compatibles entre sí, no pueden ser ambas verdaderas. Surge entonces la pregunta ¿es distinto el mundo macrocósmico del mundo de las partículas elementales? Y la sigue esta otra ¿será posible unificar la visión de la relatividad general y del modelo estándar en una sola, tal como sugiere el anhelo de la inteligencia humana que nos viene desde Parménides, Zenónn y otros griegos ilustres anteriores a Sócrates?

Algunos físicos contemporáneos eminentes, entre ellos Edward Witten, creen que esa unificación es posible. Por cierto, Witten es el primer físico de formación, y hasta ahora el único, en recibir la Medalla Fields que es el más alto reconocimiento que puede otorgársele a un… matemático. Él y otros colegas suyos, Brian Greene, Philip Candelas entre otros, han creído ver en la llamada teoría de las supercuerdas (teoría de las cuerdas para simplificar) el marco teórico que permitiría la unificación anhelada. Sin embargo, admitir esta teoría supone la aceptación de un cambio ontológico radical. Su marco conceptual postula que las partículas no son puntos, sino que están formadas por un pequeñísimo bucle unidimensional, por un casi infinitamente pequeño filamento que vibra. Los físicos que trabajan en este campo creen que relatividad general y modelo estándar pueden subsumirse en la teoría de cuerdas. Pretenden así conseguir la deseada explicación unitaria de toda la física, el armado del rompecabezas en que se ajusten con naturalidad todas las piezas.

La teoría de cuerdas ha tenido sus críticos. Bunge, por ejemplo, ha sido severo en extremo con ella. La ha calificado de nada menos que ciencia ficción. Y, hay que aceptarlo, la teoría de cuerdas tiene, por ahora, algunas limitaciones. Hasta el momento, aunque ya ha obtenido resultados notables, aún no es posible la prueba experimental concluyente de sus proposiciones fundamentales.

Las situaciones anteriores plantean un conjunto de enigmas cuyo desenlace final nadie conoce hoy en día. ¿Podrán confirmarse, vía la experimentación, las ideas propuestas por la teoría de cuerdas? Si la teoría de cuerdas es experimentalmente corroborada ¿significará la unificación de la física? ¿Qué implicaciones tiene el descubrimiento del Bosón de Higgs en estas búsquedas?

Por lo que a mí respecta sólo quiero subrayar la convicción (mi convicción) de que algún día la inteligencia humana llegará a conseguir una explicación unificada que nos permita (a los que vivan para atestiguarlo) entender y contemplar nuestro universo físico con asombro y admiración ante su belleza y elegancia perfectas.