Entrevista a David Gross en Lindau. Primera parte.

David Gross es uno de los grandes físicos teóricos vivos. No sólo ha trabajado en la construcción del edificio teórico que conocemos como el modelo estándar de la física de partículas, más concretamente en las propiedades cuánticas de la interacción fuerte, sino que además ha explorado y desarrollado una construcción aún más ambiciosa, la teoría de cuerdas, supuestamente una teoría de todo, pero que según Gross ha resultado no ser tan revolucionaria como se pensaba inicialmente.

En esta entrevista nos plantearemos muchos interrogantes, tanto en física como en ciencia en general, que serán respondidos con humor y acierto por uno de los premios Nobel más abiertos e interesantes de esta reunión de galardonados en Lindau.

David Gross conmigo inmediatamente después de la entrevista en Lindau

 

 

 

 

 

 

 

 

El modelo estándar de la física de partículas está esencialmente completo. El último ingrediente, el bosón de Higgs, parece que acaba de ser descubierto en el CERN con una significancia estadística de más de 5 sigma.

Efectivamente, parece ser que los físicos del CERN (Ginebra, Suiza) acaban de descubrir un nuevo bosón fundamental, con una masa de 125 GeV. En principio parece que es UN Higgs, pero aún no sabemos si es EL Higgs del modelo estándar de partículas. Aún queda algo más de medio año de programa experimental en el CERN, en el que se explorarán con más detalle las sutiles desviaciones observadas en los ritmos de producción de fotones y bosones W, pues si esta partícula es ciertamente el esperado bosón de Higgs del modelo estándar, entonces tiene que ser una partícula escalar fundamental y además sus ritmos de desintegración tienen que seguir un patrón especial, con los acoplos al resto de las partículas fundamentales proporcionales a sus masas.

¿Era de esperar encontrar una partícula como el Higgs a esa escala de energías?

En el año 1995, las medidas de las correcciones radiativas – que reflejan los efectos cuánticos del resto de las partículas del modelo estándar – a partir de observables medidos en el acelerador LEP (Large Electron-Positron collider) del CERN, permitieron a los físicos del Tevatron de Fermilab (Chicago, USA) encontrar el último quark del modelo estándar, el quark top. En este caso han sido las medidas de las correcciones radiativas en observables medidos en Fermilab y CERN los que han permitido predecir que el Higgs debería tener una masa en un rango amplio entre 114 y 130 GeV. Es interesante, por tanto, constatar que la partícula que ha sido descubierta en el CERN, con 125 GeV de masa, cae limpiamente dentro del rango esperado.

Sin embargo, los experimentos del LHC aún no han descubierto ninguna otra partícula más allá del Modelo Estándar. ¿Cuál crees que podría ser el futuro de la física de partículas en ese caso?

Aún es un poco pronto para asegurar que no haya ninguna otra partícula en el rango de energías explorado. Podría ser que algunas fluctuaciones observadas en los datos del LHC sean nuevas partículas o podrían ser simplemente ruido, fluctuaciones estadísticas. Ahora bien, si nada más fuera descubierto cuando subamos a 14 TeV, dentro de dos años, entonces tendríamos tan solo un escalar fundamental como responsable del sector de ruptura de la simetría electrodébil. Esto sería una verdadera pesadilla para los físicos de partículas. Mediríamos finalmente el autoacoplo del Higgs, y con ello tendríamos el último parámetro del modelo estándar, y cerraríamos los libros. Pero yo no creo que eso vaya a pasar.

¿Qué nos hace esperar que haya algo más al alcance del LHC? ¿Qué pistas tenemos de posible física más allá del modelo estándar? ¿A qué escalas de energías se espera?

Hay una serie de pistas que nos indican que podría haber física más allá de lo que hemos explorado hasta el momento en los aceleradores de partículas. Por ejemplo, la unificación de los acoplos gauge de las interacciones electrodébil y fuerte a una escala del orden de 10^(15) GeV, trillones de veces más energética que la explorada actualmente y probablemente inaccesible a la experimentación directa – con la tecnología actual se necesitarían aceleradores del tamaño de nuestra galaxia -. Esta unificación predice la desintegración del protón y ésta aún no se ha observado, por mucho que haya sido buscada en Superkamiokande (Japón). De hecho el sector de Higgs podría ser consistente con las teorías de gran unificación, precisamente en el rango de masas observado en el LHC. Un poco más pesado, o más ligero, y el Higgs no sería consistente con una escala de nueva física a energías tan altas comparadas con las de la ruptura electrodébil. Esto es lo que se conoce como el problema de las jerarquías (por las dos escalas tan diferentes que involucra), aunque es un problema teórico, no experimental.

 ¿Qué solución tiene el problema de las jerarquías?

Una posible solución es invocar una nueva simetría, la supersimetría, que relaciona dos tipos de partículas muy distintas entre sí, los bosones – responsables de las interacciones, mediadores de las fuerzas electrodébil, fuerte y gravitacional – y los fermiones – los constituyentes fundamentales de la materia, con espines enteros y semi-enteros respectivamente. La supersimetría asigna a cada bosón un fermión y viceversa, de manera que en una teoría supersimétrica se dobla automáticamente el número de partículas. Esta simetría permite separar de forma efectiva las dos escalas tan jerárquicamente distintas. Naturalmente, nosotros aún no hemos visto ninguna partícula supersimétrica, pero esto es plausible si suponemos que esta simetría, igual que la electrodébil, esta rota a una escala de energía suficientemente alta, de manera que las partículas supersimétricas tengan una masa muy grande y por tanto aún no hayan sido creadas en el laboratorio. Sin embargo, los modelos supersimétricos más sencillos como el CMSSM (Constrained Minimal Supersymmetric Standard Model) estan descartados, pues predicen valores para las masas de las partículas supersimétricas que deberían haber sido descubiertas ya en el LHC y no hay trazas de ellos. Aún así, es posible construir modelos más complejos – con más parámetros – que sean compatibles con las cotas del LHC.

¿Qué predicciones hace la supersimetría sobre el sector de ruptura de la simetría electrodébil?

La predicción más llamativa es que no hay un solo Higgs fundamental, sino cinco! Dos de ellos cargados. Esto induce muchos más canales de desintegración, que podrían ser medidos fácilmente en el LHC. Ninguno de estos otros Higgses han sido vistos por ahora en el CERN. Sin embargo, podría ser que el Higgs que ha sido descubierto a 125 GeV fuera el miembro más ligero del multiplete de Higgses supersimétricos y que los demás sean lo suficientemente pesados como para no dejar huella a estas energías. En ciertos modelos supersimétricos, el Higgs más ligero es indistinguible en sus acoplos y demás propiedades del Higgs del modelo estándar. De ahí que sea tan importante explorar todo el rango de energías hasta 14 TeV, para descartar posibles compañeros, o al contrario, descubrir un sector de ruptura de simetría mucho más rico. Yo le doy un 50% de probabilidades a que se descubre la supersimetría en el LHC. Es más, yo deseo que exista la supersimetría para que Fermilab construya una máquina leptónica – un acelerador lineal electron-positrón, o un colisionador de muones – para poder explorar de forma limpia los acoplos del sector de ruptura de simetría electrodébil y las nuevas partículas supersimétricas.

La entrevista continuará en otro blog.

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