Javier Santaolalla - El bosón de Higgs no te va a hacer la cama

—Ya. Entiendo que es un maestro de la electricidad y el magnetismo. Pero ¿cómo hace eso con la luz?

—Maxwell ha sabido interpretar correctamente los descubrimientos de Faraday y Oersted. Ha visto en la simetría entre electricidad y magnetismo que en realidad son la misma cosa. Si la electricidad puede producir magnetismo y el magnetismo puede generar electricidad, igual es que son apariencias diferentes de un mismo principio: el electromagnetismo. Maxwell toma la ley de Gauss para el magnetismo y la electricidad, la ley de Ampere modificada y la ley de Faraday, y crea sus famosas cuatro ecuaciones. Con ellas Maxwell demuestra que electricidad y magnetismo tienen un origen común: es la fuerza electromagnética.

—Otra fuerza más, como la gravitatoria.

—Sí, joven aprendiz. El maestro Maxwell ha unificado dos nuevas fuerzas que ya nunca se verán como fenómenos desconectados.

—Eso lo entiendo. Pero ¿y la bola de luz?

—Maxwell vio que un campo eléctrico podía generar uno magnético y viceversa, por lo que se podría generar una onda que se propagara por el espacio. Una onda de electricidad y magnetismo sería una onda electromagnética que avanzaría creando campos eléctrico y magnético alternativamente. Uno cae y genera el otro, luego al revés, como un balancín que sube y baja. Ambos se autosustentan. ¿Y sabes qué? Al ver la velocidad de propagación de esa onda a Maxwell se le cayeron las gafas al suelo .

—¡Pero si no lleva gafas!

—Es verdad. Mejor para él, porque se le habrían roto. En fin, lo que descubrió es que esas ondas se propagan justo a la velocidad de la luz. Fue una sorpresa maravillosa, puesto que hasta ese momento no se sabía bien qué era la luz. Ahora estaba claro: la luz es una onda electromagnética, una propagación de los campos eléctrico y magnético. Así que no sólo unificó la electricidad con el magnetismo, sino también con la óptica, la ciencia de la luz. Y además estableció la existencia de otros tipos de “luz” que no podemos ver. Ondas como las luminosas, de la misma naturaleza pero con características diferentes. Son lo que hoy llamamos ondas de radio, microondas, infrarrojos, rayos ultravioleta, rayos gamma, rayos X…

—Por eso domina la luz. ¿Y la gente cree en lo que dice?

—Pues no todos, porque las cosas hay que probarlas. Pero no pasa nada, pronto todo el mundo abrirá los ojos y verá a Maxwell no sólo como el gran maestro jedi que es, sino como uno de los más grandes científicos de todos los tiempos. Hertz encontrará estas ondas en experimentos y pronto Tesla y Marconi comenzarán a utilizarlas como medio de comunicación a grandes distancias. Éste es uno de esos descubrimientos que verdaderamente cambian la humanidad por completo. Si no te lo crees, piensa en tu teléfono móvil.

—Una vez más me quedo impresionado con el poder de la fuerza. Esto es algo que debo pensar con más calma. Pero ahora, Yoda, Obi-Wan, debo ir a ver nuevas cosas. Además, esto de pensar cansa mucho y nos esperan nuevas búsquedas. Mientras tanto intentaré reflexionar sobre esas cuatro ecuaciones que hacen que se haga la luz en el universo.

—Hasta la vista, Luke.

—estacionar el Halcón Milenario en el aeropuerto de Ginebra ha sido lo mejor que hemos hecho en años, Chewie. ¿Viste la cara de la gente? Y cuando tomé la caja de Toblerone sin tocarla en el Duty Free… Ha sido pura diversión. Pero bueno, ahora que ya estamos en tierra y hemos descansado, vamos a aprovechar para seguir hablando de ciencia.

Hemos venido a Ginebra, Suiza, y estamos en 1982. Es invierno y Suiza es una locura para un científico: centros de investigación, laboratorios, vacas lilas... Hemos venido para visitar el CERN (Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire), que es un laboratorio que estudia las fuerzas fundamentales. Han montado un cacharro enorme llamado Super Proton Synchrotron y en él colisionan protones con antiprotones. Pero no estamos de turismo. No, eso luego. Ya te comprarás más tarde un reloj y una navaja. De momento hemos venido a ver un descubrimiento muy importante: parece ser que están a punto de encontrar una superfuerza y esto no me lo quiero perder.

Te pongo al día, Chewie, que sé que tú no lees mucho de ciencia. A partir de 1900 el mundo de la física sufrió revolución tras revolución. Entre los muchos descubrimientos, había uno problemático: en el núcleo del átomo puede haber varios protones muy juntos. Pero ¿no dijimos que las cargas iguales se repelen? ¿No deberían estos protones separarse por la repulsión eléctrica? Así es, Chewie. Acertaste: si sólo hubiera fuerza electromagnética no debería haber núcleos, los protones se alejarían. Por eso tiene que existir otro tipo de fuerza que les permita mantenerse unidos. Una fuerza, además, mucho más intensa que la eléctrica. Esa fuerza existe y, por estar dentro del núcleo y ser muy fuerte, se la llamó “fuerza nuclear fuerte”. O fuerza fuerte, a secas.

Y espérate, amigo peludo, que todavía queda tela. Se habían observado procesos muy extraños, lo que hoy llamamos desintegraciones. Una desintegración es lo que hacemos con el Halcón Milenario cuando disparamos a una nave y le damos: la nave desaparece, ¿no? Decimos que la hemos desintegrado. En realidad no desaparece del todo: lo que ha ocurrido es que deja de ser una nave y aparecen otras cosas, restos, trozos, chatarra. Pues con las partículas pasa igual y no hace falta dispararles nada (a veces sí). Se dice que se desintegran de forma espontánea. Determinadas partículas de repente se rompen y en su lugar aparecen otras que no tienen nada que ver. La mayor parte de las desintegraciones que se observaron eran muy rápidas. Ocurrían en fracciones mínimas de segundo (unos 10 -23segundos o por ahí). Tenemos una partícula y en un nada, ¡zas!, ha desaparecido y en su lugar aparecen otras partículas. Sin embargo, también se encontraron unas extrañas desintegraciones que duraban mucho más tiempo: microsegundos, milisegundos… ¡incluso minutos! Era el caso del neutrón. Esta partícula nuclear tiene un poquito más de masa que el protón, por lo que es inestable. Excepto dentro del núcleo. El tiempo promedio que tarda en desintegrarse un neutrón para dar un protón y otras cosas es de unos diez minutos. ¡Diez minutos! Eso no había forma de explicarlo. De ahí que los físicos pensaran que tenía que haber otra fuerza más, que actuara sólo dentro del núcleo y que fuera lo bastante débil para permitir desintegraciones tan lentas. A esa fuerza dentro del núcleo, que es muy débil, la llamaron… ¿Adivinas? Fuerza nuclear débil.

Así que tenemos ya las cuatro fuerzas: la gravitatoria (Newton), la electromagnética (Maxwell, Ampere y Faraday), la nuclear fuerte y la nuclear débil. ¿Cómo encajan estas dos nuevas fuerzas dentro de la película? Seguro que te estás preguntando esto ahora mismo, Chewie. Tranquilo, que yo te lo cuento todo.

Quien primero hizo una teoría completa de la fuerza débil fue Enrico Fermi, un físico italiano genial. Este chico es uno de mis favoritos: hay muchas historias muy divertidas y anécdotas de lo extraordinario que fue como científico. Entre otras cosas diseñó una teoría que explicaba bastante bien la interacción débil. Pero tenía un problema: aunque la teoría era “casi” correcta, tenía algunas fallas. Como que a altas energías se desmoronaba. Estaba cerca de la verdad pero no completamente.

Por suerte durante esos años se estaba desarrollando un nuevo tipo de teorías. Unas que abrazaban la cuántica y la relatividad (lo veremos más adelante) en una sola teoría, lo que se conoce como teoría cuántica de campos. Establecen que las fuerzas se originan por un agente mediador. Ese agente es una partícula. Mira, Chewie, de qué manera: si tú te pones en una barca en un lago y yo en otra y te lanzo a R2-D2, al lanzarlo me voy a ir hacia atrás, por retroceso; y tú al atraparlo te moverás también. Es algo que describe la tercera ley de Newton, la de acción y reacción. Esto lo puedes ver en muchas películas. Por ejemplo, cuando disparan un cañón en una de piratas: la bala sale hacia delante, pero el cañón tiende a moverse hacia atrás. Si tú me cambias a mí por un electrón, a ti por otro electrón y a R2-D2 por un fotón, la fuerza eléctrica se comporta igual en la teoría cuántica de campos. Los electrones se repelen porque se lanzan fotones. Están ahí todo el día, tirándose fotones, y es lo que hace que exista esa fuerza, la eléctrica.