Las partículas subatómicas se dividen en dos grandes familias, fermiones y bosones; los primeros honran al italiano Enrico Fermi y los segundos al indio Satyendra Nath Bose. Ejemplos de fermiones son el electrón, el quark que forma protones y neutrones, que a su vez estructuran el átomo y podemos considerarlos el quantum de materia. La otra familia, los bosones, son las unidades de energía, el más conocido es el fotón (del griego foos=luz), quantum de luz predicho por Einstein en 1905. Otras fuerzas tienen nombre más prosaico, gluones, del inglés glue= pegamento, porque unen tres quarks en protones o neutrones y éstos en núcleos de átomos.

Los fermiones, como el electrón, siguen el principio de exclusión de Pauli. No así los bosones. Richard Feynman (de la segunda generación de físicos constructores de la cuántica) lo explica de forma divertida: a los fermiones no les gusta vivir amontados: donde hay uno no cabe otro. Los bosones son felices amontonados, no siguen el principio de exclusión de Pauli y por eso varias partículas idénticas pueden existir en el mismo lugar y en el mismo estado cuántico.

Pero sabemos, también por Einstein, que materia y energía son dos caras de una misma moneda: la bomba atómica es la transformación de unos gramos de materia en toda su energía contenida en forma de átomos.

Entre 1959 y 1962, tres físicos, colegas de la Universidad de Columbia, definieron lo que hoy conocemos como modelo estándar de la física. Fueron Leon Lederman, Melvin Schwartz y Jack Steinberger. Recibieron el Nobel de Física en 1988.

El camino había comenzado en la ciudad griega de Mileto, con el matemático Tales, siguió con Demócrito, que sostuvo el más puro materialismo: sólo existen átomos y vacío. Y llega hasta nuestros días, con literalmente miles de científicos trabajando en busca de la piedra clave faltante en el modelo estándar: explicar la masa.

El modelo estándar encuentra masas muy diversas e inexplicadas en las partículas: la del protón es 1836 veces mayor que la del electrón, el fotón y el gluón carecen de masa. Eso es, en una palabra, feo. Y desde Platón estamos convencidos de que verdad y belleza van juntas. Lo mismo dice Paul Dirac, de la primera generación que levantó el edificio de la cuántica: “Una ley física debe poseer belleza matemática”.

La masa, sobre este planeta, la podemos asimilar al peso. En general diremos que es la propiedad que mide la resistencia al cambio, o inercia. Empujar un vocho no es difícil: su masa lo permite; empujar un trailer es más difícil. Y, de igual forma, detener uno es más fácil que detener al otro porque la masa inercial es mayor. ¿Por qué? La masa es el ingrediente clave para explicar el universo: galaxias, estrellas, personas. ¿Y no sabemos cómo se adquiere masa? ¿Y por qué no la tiene la luz?

El escocés Peter Higgs, en la Universidad de Edimburgo, (con otros físicos de forma simultánea e independiente), propuso en 1964 un mecanismo para explicar la masa: un campo que permea todo el universo (remember el éter), denominado en su honor campo de Higgs, y existe aun donde la energía tiene su más ínfimo valor. La mínima oscilación posible del campo de Higgs es el bosón de Higgs, partícula-onda en la familia del fotón.

El bosón de Higgs “nació de la desesperación”, comenta Hans Christian von Baeyer en “Desperately seeking SUSY”, The Sciences, sept-oct. 1998. SUSY, acrónimo de SUper SYmetry: la teoría que relaciona los bosones con los fermiones.

El campo de Higgs actúa como un mar de melaza que ofrece resistencia a las partículas. Un submarino, un barco, un avión y ahora también un auto tienen la forma que llamamos aerodinámica para disminuir la resistencia del agua o del aire. A mayor profundidad mayor resistencia del agua al paso de un submarino. Lo que resiste al paso de un electrón es el campo de Higgs.

La forma de observar componentes de partículas densas (hadrós, en griego), hadrones como el protón y el neutrón (que se forman con tres quarks y son por eso hadrones: densos) es romperlos, acelerarlos hasta casi la velocidad de la luz, hacerlos chocar y observar los restos. El choque se incrementa si se lanzan dos chorros de protones en sentidos opuestos.

A cien metros bajo la frontera entre Francia y Suiza, el 4 de julio pasado, en el Large Hadron Collider con 27 kilómetros de circunferencia, dos chorros de protones en sentidos opuestos fueron acelerados a casi la velocidad de la luz y lanzados contra dos enormes detectores, llamados ATLAS y CMS. De entre los despojos, una partícula presenta características predichas para el bosón de Higgs, como decaer en dos bosones W o Z.

Al terminar el informe, dice la nota de Adrian Cho en ScienceNOW, fechada en Meyrin, Suiza, tras una larga ovación, el director del CERN dijo: “Creo que lo tenemos” y preguntó a Peter Higgs, presente, con 83 años: “¿Estás de acuerdo?” “No pensé que vería esto en mi vida”, respondió.