La física moderna se enfrenta a un escenario incómodo. Es posible que no queden grandes descubrimientos que hacer, en lo relativo a la estructura básica de la naturaleza. La supersimetría ofrece una puerta a explicar muchos aspectos del cosmos, pero quizá no se pueda explicar... 
Hay que decir, en primer lugar, que la supersimetría es un principio. Es decir, hay muchas teorías de supersimetría diferentes. Su función es rellenar los huecos que parece haber en el Modelo Estándar. Pero en los últimos tiempos, hay dudas de que realmente pueda lograrlo.
La llegada del Gran Colisionador de Hadrones ha sido muy interesante. Por un lado, permitió verificar la existencia del Bosón de Higgs. Pero, por otro, ha hecho que principios como la supersimetría se vean en serios apuros ante la ausencia de hallazgos:
Para entender cómo encaja todo esto, vayamos por partes. El Modelo Estándar es, como quizá sepas, lo que los físicos usan hoy en día para entender el funcionamiento del universo. Explica cuáles son las partículas y las fuerzas fundamentales que rigen todo en el cosmos.
Esas partículas incluyen a los quarks y los leptones. Los ejemplos más conocidos de cada grupo son los protones y neutrones (que están formados por quarks) y los electrones y neutrinos, que son leptones. Así como las cuatro interacciones (o fuerzas) fundamentales.
Son, por orden de intensidad, la interacción nuclear fuerte, la interacción nuclear débil, el electromagnetismo y la gravedad. Hablé de todas ellas (y de quarks y leptones) en este hilo en el que explicó el Big Bang y la evolución del cosmos:
El Modelo Estándar también indica que todas estas fuerzas tienen una partícula correspondiente o, como se le llama formalmente, un bosón. Cada bosón viene a ser la partícula transmisora de cada una de esas fuerzas, aunque hay algún que otro detalle a tener en cuenta.
Así, el gluón es el bosón de la interacción nuclear fuerte, los bosones W y Z lo son de la interacción nuclear débil, el fotón es el bosón del electromagnetismo. La gravedad... bueno, la gravedad es especial. En teoría, su bosón sería el gravitón, pero no hay ni rastro de él.
De hecho, uno de los grandes retos de la ciencia es, precisamente, lograr aunar el mundo de lo muy pequeño y de lo muy grande, porque mientras la interacción nuclear fuerte, débil y el electromagnetismo lo dominan todo en la escala de lo pequeño, la gravedad lo hace en la grande.
Si alguna vez has oído hablar de una teoría del todo, lo que intenta es, precisamente, lograr unificar ambos mundos, porque permitiría, a su vez, explicar un montón de cosas que hoy en día no tienen una explicación obvia. Lo conté en este hilo:
También nos falta el bosón de Higgs. En realidad, es algo así como el componente del campo de Higgs, que transfiere a las partículas su masa. Dicho de otra forma, el bosón de Higgs le dice a cada partícula cuál es la masa que tiene, lo conté aquí:
Aquí es donde se complican las cosas. Resulta que el bosón de Higgs le da a las partículas su masa. Pero el Modelo Estándar no dice cuáles son esas masas ni explica por qué ese bosón es ligero. En realidad, debería ser muy masivo si todas las partículas interaccionan con él.
La supersimetría intenta, entre otras cosas, responder a ese dilema. ¿Cómo es posible que el bosón de Higgs sea una partícula poco masiva si, según el Modelo Estándar, todas las partículas interaccionan con él? La supersimetría plantea que cada partícula tiene una supercompañera.
Esas supercompañeras tienen una masa diferente. El planteamiento es el siguiente: cada fermión tendría una supercompañera en forma de bosón, y viceversa, cada bosón tendría una supercompañera en forma de fermión. Así, la supercompañera del fotón, por ejemplo, sería el fotino.
Cada una de esta supercompañeras tendría, también, un espín (una de las propiedades de una partícula) diferente a la de su compañera. Algo parecido a lo que sucede con la antimateria (que tiene la carga opuesta a su equivalente en la materia) y que resolvería muchas cosas.
Porque cada una de esas supercompañeras permitiría explicar que el bosón de Higgs tenga una masa mucho más baja. A fin de cuentas, eso es lo que se ha observado. ¿El inconveniente? No se ha descubierto ninguna supercompañera. Tiene todo el sentido del mundo... pero no hay nada.
Después de años de operación del Gran Colisionador de Hadrones, no hay nada que apoye su existencia. La supersimetría proporciona una respuesta muy elegante para el dilema del bosón de Higgs, pero por ahora no se ha encontrado nada que haga pensar que podría ser real.
En realidad, no solo permitiría resolver el enigma de la masa del bosón de Higgs. También proporcionaría la respuesta a uno de los grandes enigmas del universo: la materia oscura. Su existencia permitiría explicar por qué las galaxias rotan de esa manera:
Porque la gran pregunta es... ¿qué es la materia oscura? ¿qué partícula la compone? Nunca la hemos visto, pero la supersimetría aporta una posible solución en forma de partícula supersimétrica. El neutralino encajaría en el papel de la materia oscura. ¡Dos pájaros de un tiro!
No solo eso, también explica que las tres interacciones subatómicas (interacción fuerte, débil y electromagnetismo) se unifican si la energía es muy elevada. A la supersimetría le pasa algo similar a la teoría de cuerdas: da soluciones muy elegantes a problemas muy complejos.
Pero, para bien o para mal, no hay nada que permita demostrar su existencia. Porque por ahora no se han encontrado supercompañeras. Y, sin ellas, no es fácil explicar por qué el bosón de Higgs no tiene una masa muchísimo más elevada, o qué es la materia oscura.
¿Quiere decir esto que la supersimetría es una idea que debe ser abandonada? La respuesta a esta pregunta es mucho más compleja de lo que parece. Hay físicos que creen que sí y otros creen que no. A fin de cuentas, la respuesta puede ser simple: hace falta más energía.
Es decir, para poder encontrar las señales que indiquen que la supersimetría es cierta, simplemente necesitamos que los haces de protones que chocan en el Gran Colisionador de Hadrones lo hagan con una cantidad de energía todavía mayor. Pero esto tiene sus problemas...
A decir verdad, el descubrimiento del bosón de Higgs, en 2012, fue una gran noticia... y al mismo tiempo ha dejado a todo el mundo frío. Me explico, aunque no se sabía de su existencia, el Modelo Estándar ya contemplaba el bosón de Higgs. Descubrirlo fue solo una confirmación.
Es decir, la física tal y como la conocemos no se vio revolucionada por el bosón de Higgs, ni nada por el estilo. A fecha de hoy, el Gran Colisionador de Hadrones solo tiene en su haber, como gran hallazgo, la confirmación de una partícula que ya se sospechaba que existía.
Durante décadas, los físicos han estado completamente seguros de que quedaban muchas cosas por descubrir. Tarde o temprano llegaría una revolución. Un descubrimiento que nos enseñaría que hay toda una faceta de la física que todavía no conocemos. Pero por ahora… nada.
De momento, todas las colisiones del Gran Colisionador de Hadrones han producido las partículas que ya conocemos. Nada que no esté en el Modelo Estándar. Así que no se ha encontrado una partícula que podamos asociar a la materia oscura, ni dimensiones extra...
Tened en cuenta que, ahora mismo, el Gran Colisionador de Hadrones está realizando colisiones de protones con una energía de 13 billones de electronvoltios (13 TeV). Se esperaba que, con esta energía, se manifestasen nuevas partículas no conocidas. Pero de momento no ha sido así.
A finales de 2015, se creyó haber encontrado una señal esperanzadora. Un “exceso de difotones”. Algo así como más pares de fotones de los que debería haber en la colisión. Ese hallazgo motivó que, en meses, se publicasen unos 500 estudios sobre lo que se había detectado.
Podía ser una partícula nueva. Esa señal tan ansiada de que, efectivamente, había toda una rama de la física que estábamos a punto de descubrir. Muchos físicos de todo el mundo, seguramente, se frotaban las manos pensando en lo que estaba por venir y las posibilidades que abría.
Pero la realidad resultó ser mucho más simple y, quizá, cruel. No se había observado una partícula nueva. Era, simplemente, un error en los datos recogidos por el colisionador. Es muy posible que el Gran Colisionador de Hadrones no consiga mostrar señales de esa nueva física.
Por eso, algunos físicos creen que quizá ya es el momento de aceptar que no hay nada nuevo en la física. Otros, sin embargo, creen que es simplemente cuestión de usar más energía en las colisiones. En realidad, se buscan señales de supersimetría desde los años 90. No es nuevo.
El problema es que más energía implica que esas supercompañeras deben ser mucho más masivas que sus compañeras. Tanto que la supersimetría podría perder el sentido. ¿Recuerdas que una partícula y su supercompañera permitirían explicar que el bosón de Higgs tenga poca masa?
En esencia, lo que se viene a decir que partícula y supercompañera cancelarían sus masas en vez de sumarlas en el bosón de Higgs (por explicarlo de una forma sencilla). Pero con supercompañeras en estas energías, es posible que esas masas ya no se cancelen mutuamente.
Claro que no es tan sencillo como parece. Si fuese así, ya no se estaría pensando en la supersimetría y se habría descartado la idea. Hay escenarios en los que podría seguir produciéndose ese equilibrio (a fin de cuentas, hay muchas teorías diferentes de supersimetría).
Puede, precisamente, que eso sea lo que mantenga a la supersimetría en pie durante mucho tiempo. Hay muchas teorías diferentes. Algunos modelos probablemente ya no tengan sentido, pero muchos otros, todavía podrían seguir siendo válidos y la búsqueda debe continuar.
Supongamos por un momento que el Modelo Estándar es todo lo que hay respecto a la física. ¿Qué nos dice esto respecto al bosón de Higgs? ¿Cómo debemos interpretar que tenga una masa mucho más baja de lo que parecería lógico por lo que dicen las observaciones de la naturaleza?
Por raro que pueda parecer, quizá existimos precisamente porque el bosón de Higgs tiene una masa tan baja. Esto nos lleva directamente a un tema del que he hablado en otras ocasiones y que siempre resulta fascinante, el multiverso, que conté aquí:
En este contesto, habría muchos universos diferentes, cada uno con diferentes características. De ellos, solo los que tengan un bosón de Higgs ligero permitirán que se formen los átomos y, en consecuencia, que la vida pueda llegar a desarrollarse. ¿Problema? No es comprobable.
Ni siquiera sabemos si existen otros universos, así que mucho menos podemos pensar en la posibilidad de analizarlos para ver si tienen, también, bosones de Higgs con una masa baja. Por supuesto, también se ha planteado que quizá el multiverso no sea necesario para explicarlo.
Puede que la respuesta para que el bosón de Higgs tenga una masa baja esté, simplemente, en el nacimiento de nuestro propio universo y en cómo sucediese. Lo que está claro es que la única forma de lograr esas respuestas será seguir investigando, y queda mucho por delante.
Quizá sea cuestión de tiempo encontrar esa ansiada nueva partícula, o alguna pista, que apunte a que hay más física de lo que conocemos hoy en día. Puede que, realmente, haga falta que las colisiones de haces de protones sucedan con una cantidad de energía todavía más alta.
O puede que, para bien o para mal, esto sea todo lo que hay. Y, sin embargo, eso no es una mala noticia. Descubrir que no hay física nueva y que todo está dentro del Modelo Estándar es, por sí mismo, un descubrimiento, una respuesta a algo extremadamente complejo.
Que esa respuesta sea “esto es lo que hay, no es necesario buscar nuevas partículas” no debería ser visto como una decepción (si finalmente sucede). A fin de cuentas, en la ciencia, por cada respuesta que se obtiene, surgen multitud de nuevas preguntas, ¡y esto no será diferente!
¡Fin del hilo!
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