10 anys de la «partícula de Déu»: què hi ha després del bosó de Higgs

El descobriment del Higgs va ser tan important perquè aquesta partícula és una pedra angular del model estàndard. La seva existència explica per què els objectes tenen massa. El model descriu el funcionament de les partícules i de les interaccions, però funcionava bé només si s’assumia que totes les partícules tenien massa nul·la.

Per arreglar aquest error, el 1960 el físic britànic Peter Higgs va suggerir l’existència d’una partícula l’acció de la qual generés la massa. El bosó de Higgs està associat amb un camp que, interactuant amb les altres partícules, els proporciona la propietat de tenir massa. No va ser fins al 2012 quan aquesta predicció es va comprovar i el 2015 Higgs va rebre el premi Nobel de física.

Malgrat això, més enllà d’aquesta primera troballa, queden coses sense explicar. Sobretot, per què la massa del bosó és molt lleugera respecte a la que s’esperava. La seva massa està influïda per la d’altres partícules. Una manera per a explicar-ho seria que existissin partícules desconegudes (per exemple supersimètriques) la influència de les quals resultés en aquesta massa lleugera.

El motiu principal per continuar buscant és que la teoria física més avançada sobre l’estructura fonamental de la natura (el model estàndard) no ho explica tot. «És una descripció efectiva, però molts dels ingredients cal posar-los a mà», explica Aurelio Juste, investigador de l’Institut de Física d’Altes Energies (IFAE).

Per exemple, no s’explica per què certes partícules tenen la massa que tenen, per què d’altres no tenen massa, o per què algunes venen en un nombre concret de variants. El model tampoc conté partícules de matèria fosca: o sigui, aquesta enorme fracció de l’univers que se sap que existeix, perquè la seva massa influeix en el moviment dels astres, però que no se sap de què està feta. Una altra manera de veure-ho és que el model explica el comportament de l’univers fins a una bilionèsima de segon després del Big Bang, però no funciona més enrere.

Una troballa de l’alçada del Higgs seria la de les partícules supersimètriques, les principals candidates a constituents de la matèria fosca. L’LHC també podria donar llums sobre altres assumptes oberts. Per exemple, per què hi ha molta més matèria que antimatèria, i si la gravetat es pot explicar amb una llei física comuna a les altres tres forces de la naturalesa, que estan unificades sota una teoria única, a la qual la gravetat s’escapa.

Tot i que el Higgs és l’única partícula fonamental descoberta per LHC, les col·lisions a l’accelerador no paren de llançar partícules no fonamentals. En concret, se n’han trobat 62, compostes de combinacions de partícules fonamentals anomenades quarks.

Normalment els quarks s’ajunten en grups de tres per formar protons o neutrons. Però l’LHC ha trobat tetraquarks i fins i tot pentaquarks, fets de 4 i 5 respectivament. Aquestes partícules exòtiques que poden revelar molt sobre la força que les uneix, la interacció nuclear forta.

Però les troballes més suggerents són les que desafien el model estàndard. Per exemple, el 2017 es va observar que unes partícules anomenades mesons B decauen d’una manera diferent al que preveu la teoria. «Això és una bomba: representa una evidència d’una nova física amb propietats diferents», afirma Juste.

Amb dues dècades d’operació al davant i només el 5% de les dades preses fins ara analitzades, és probable que LHC d’alguna sorpresa en els pròxims anys. El més immediat és la tercera ronda de col·lisions, que comença el 5 de juliol.

En aquesta tanda, la quantitat de dades preses es multiplica. «Comprovarem si es confirmen les diferències amb el Model Estàndard observades i podrien aparèixer noves partícules», explica Martine Bosman, investigadora de l’IFAE.

Després d’aquesta ronda, l’accelerador pararà fins al 2029 per a una reforma que inclou el canvi de la meitat dels detectors. El resultat previst és l’«LHC d’alta lluminositat». «El dispositiu millorat permetrà fer moltes més col·lisions. Això vol dir més probabilitat de veure esdeveniments rars», explica Bosman.

I després, ¿què? El Comitè Europeu per als Acceleradors Futurs aposta perquè el successor de l’LHC sigui una fàbrica de Higgs: una màquina que produeixi una gran quantitat d’aquestes partícules. Com millor es mesuri i com més s’estudiïn les seves interaccions, és més probable trobar nova física.

La producció es podria basar d’entrada en col·lisions d’electrons i positrons i després passar a aquelles entre protons, com les que ocorren en LHC. L’ideal, afirma Bosman, seria allotjar la nova màquina en un túnel enorme, de 100 quilòmetres de diàmetre, que s’hauria d’excavar des de zero, perquè l’actual LHC té 27 quilòmetres. El pla b seria fer servir el túnel actual amb imants millorats perquè generin un camp magnètic més fort.

Quan li han preguntat sobre aquesta qüestió, Juste renega del derrotisme. «Nosaltres som exploradors. Si tenim un descobriment, perfecte. Si no el tenim, continuem aprenent. Saber que alguna cosa no existeix també és útil», afirma.

Bosman, per la seva banda, reconeix que si no es descobreix una nova partícula serà difícil llançar projectes molt més ambiciosos. Però confia que queden anys i esperança. També adverteix que la Xina ha anunciat que treballa en un nou col·lisionador circular i que seria lamentable que Europa perdés la primícia en el sector.