El bosón de Higgs se pasa al lado oscuro

Científicos de la Universidad de Michigan y el CERN proponen que el higgs, la partícula que ha motivado el Nobel de Física de este año, tuvo un papel fundamental en el origen de la materia oscura

CERN/Lucas Taylor

Simulación de una colisión de partículas en el LHC produciendo un bosón de Higgs

Se suele decir que la ciencia avanza a hombros de gigantes, una metáfora popular que el propioIsaac Newton utilizó y que describe cómo el conocimiento progresa sobre los descubrimientos previos. Cuando en julio de 2012 se confirmó la existencia del bosón de Higgs en el Gran Colisionador de Hadrones (LHC) del Laboratorio Europeo de Física de Partículas (CERN), el llamado Modelo Estándar recibía un gran espaldarazo, pero el nuevo hallazgo abría un enorme y jugoso campo de investigación en el que muchos físicos trabajarán durante décadas, tal vez siglos. Ahora que el británico Peter Higgs y el belga François Englert ya tienen su Nobel de Física, se han convertido en auténticos gigantes sobre cuyos hombros empiezan a elaborarse nuevas visiones del universo.

La última aparece en un estudio que se publicará próximamente en la revista Physical Review Letters y en el que los físicos Sean Tulin, de la Universidad de Michigan en Ann Arbor (EEUU), y Géraldine Servant, del CERN (Ginebra, Suiza), otorgan al bosón de Higgs un papel más allá de conferir masa a las partículas, involucrándolo en la solución a uno de los más conocidos enigmas de la física: ¿por qué en el universo existe una asimetría entre materia y antimateria? O, dicho de otro modo: ¿por qué en el universo existe algo en lugar de nada?

El proceso implicado se conoce como bariogénesis, en relación al origen de los bariones, la familia que comprende partículas como los protones y los neutrones, responsables de la mayor parte de la masa visible del universo. Del desequilibrio inicial entre bariones y antibariones nació esa profusión de materia que hoy conocemos, aunque aún no hay consenso sobre el mecanismo responsable.

Lo que Tulin y Servant han ideado es un proceso alternativo a los que se barajan para la bariogénesis y al que denominan higgsogénesis, ya que la conocida como partícula Dios desempeña un papel protagonista. “Hacemos del higgs un jugador clave, mientras que en otras teorías cosmológicas es solo un subproducto”, dijo Tulin a la revista Nature.

El Modelo estándar admite la posibilidad de que en el universo temprano existiera un anti-higgs, una antipartícula del bosón de Higgs. La idea de Tulin y Servant parte de esta premisa, a la que añaden la hipótesis de que existía un desequilibrio entre la cantidad de higgs y anti-higgs. Dado que los primeros interaccionan con la materia ordinaria, su acción explicaría la desigualdad entre materia y antimateria.

De hecho, un posible mecanismo para explicar el desequilibrio entre los higgs y sus antipartículas ya ha sido materia de investigación por parte de otro equipo liderado por Joao P. Silva, de la Universidad Técnica de Lisboa. En su estudio, disponible en la web de prepublicaciones arXiv y enviado a la revista Journal of High Energy Physics, los científicos parten de la hipótesis de que “puede haber más” de un bosón de Higgs, y encajan la teoría de la higgsogénesis en un modelo con dos higgs.

Generar materia oscura

Pero el trabajo de Tulin y Servant se centra sobre todo en otra consecuencia de la higgsogénesis. “Aunque la higgsogénesis sirve por sí sola como un mecanismo de bariogénesis, en este estudio prestamos especial atención a su posible conexión con la materia oscura”, escriben los investigadores. La materia oscura es un componente del universo de naturaleza tan misteriosa como su nombre y que constituye alrededor del 85% de toda la materia existente. Tulin y Servant proponen que la desintegración de los higgs puede generar materia oscura, y que este mecanismo podría explicar las proporciones de materia visible y oscura en el universo.

Servant apunta que las desintegraciones del higgs en otras partículas aún no han podido ser estudiadas con detalle en el LHC, por lo que este proceso podría estar ocurriendo sin que hasta ahora haya sido detectado. De ser así, no solo podría verificarse en un futuro próximo, sino que, sugieren los dos físicos, esto podría proporcionar un método de detección de la materia oscura, que aún escapa a los intentos de observación.