A materia, tal como a coñecemos, está feita de moi poucas partículas. Non hai tanto tempo, en 1911, Ernest Rutherford estableceu que os átomos que nos compoñen se dividen nunha parte pequena e moi densa, o núcleo, formado por protóns e neutróns, e unha corteza, cen mil veces maior, na que se organizan os electróns, as partículas responsables da corrente eléctrica.
Precisamente é a interacción eléctrica a que mantén a estabilidade dos átomos. Os protóns do núcleo, de carga positiva, atraen ós electróns, moito máis lixeiros e de carga negativa.
No século XIX Hans Oersted e André-Marie Ampère observaron que a interacción eléctrica estaba relacionada co magnetismo, producido por correntes de cargas e imáns. Pouco tempo despois, en 1865, James Clerk Maxwell unificou electricidade e magnetismo como dúas manifestacións dun mesmo fenómeno, a interacción electromagnética.
A teoría do electromagnetismo de Maxwell inclúe a descripción de todo o que teña que ver coa luz, que se puido ver coma un caso particular da radiación electromagnética. Posteriormente, en 1917, Albert Einstein estableceu que a nivel microscópico a luz se comporta como unha partícula. O paquete de luz que ten moitas das propiedades dunha partícula pero que non ten masa, a propiedade fundamental dos corpos relacionada coa súa inercia, recibe o nome de fotón. Eran os principios da Física Cuántica, a teoría que describe o mundo microscópico.
Ademais da electromagnética coñecemos outros tres tipos de interacción. Unha delas, a interacción feble, é responsable dun certo tipo de desintegración radiactiva, a radiación beta, e dunha nova partícula, o neutrino. A interacción feble tamén está presente nas reaccións nucleares que acontecen no sol e polo tanto ten consecuencias fundamentais nas nosas vidas. No ano 1930, Enrico Fermi estableceu un modelo que describía a interacción feble como un acoplamento entre un neutrón e un protón producindo un electrón e un neutrino.
A finais dos anos corenta Richard Feynmann, Julian Schwinger e Sin-Itiro Tomonaga formulaban a Electrodinámica Cuántica (QED), que unía a teoría de Maxwell coas ideas da Física Cuántica. Nesta teoría fica claro que a interacción entre dúas partículas a través do electromagnetismo correspóndese co intercambio de fotóns.
A idea de que unha interacción se fai a través do intercambio de partículas facía que o modelo de Fermi para a interacción feble fose incompleto. Co exemplo da QED Sheldon Glashow foi capaz de establecer unha teoría completa. Pero isto implicaba dúas consecuencias. A primeira é que se predecían tres novas partículas para mediar a interacción feble. A segunda é que o curto rango desta interacción provocaba a necesidade de que estas partículas (W+, W- e Z0) tivesen masa. Isto constituía un problema porque a teoría se baseaba en certas propiedades de simetría que a masa destas partículas rompía.
Para explicar como se podía romper a simetría gardando as propiedades da teoría tres equipos de físicos: Robert Brout e Francois Englert; Peter Higgs; e Gerald Guralnik, Carl Richard Hagen, e Tom Kibble desenvolveron nos anos 1963 e 1964 unha idea de Phillip Anderson, pai da supercondutividade. A súa proposta explicaba moi ben o mecanismo de xeración da masa pero precisaba que, cando menos, houbese unha partícula adicional. Esa partícula é o que coñecemos como bosón de Higgs. A teoría tamén era compatible con dotar ó electrón, e ós seus compañeiros máis pesados o muon e o tau, así como ós quarks, os constituentes do protón e o neutrón, de masa. Steven Weinberg e Abdus Salam foron os responsables de incorporar o mecanismo de Higgs á teoría de Sheldon Glashow completando así o Modelo Standard, que é a teoría máis completa da que dispoñemos para describir as interaccións entre partículas e as súas interaccións.
O W+, o W- e o Z0 foron descubertos en 1983 no CERN, o que lles valeu a Carlo Rubbia e Simon van der Meer o premio Nobel de Física de 1984, con masas no rango que a teoría tiña predecido, explicando así a razón de que a interacción feble teña un rango de acción moito máis pequeno có electromagnetismo. De non ser este o caso o noso universo sería completamente diferente, en particular a estrutura da materia non sería como a coñecemos, os núcleos atómicos e os átomos non serían estables e posiblemente as estrelas, as galaxias, os sistemas solares e a raza humana non existirían.
Entre todas as pezas que compoñen o Modelo Standard ficaba unha para completar o puzzle, o bosón de Higgs. Onte, 4 de xullo de 2012, as colaboracións ATLAS e CMS do CERN anunciaron o descubremento dunha partícula compatible, cos datos que se teñen, coas propiedades do Higgs. É cedo para dicir categóricamente que se trata exactamente da mesma partícula que predeciu a teoría hai máis de cincuenta anos pero todo apunta a que así poida ser. O descubremento e estudo das propiedades do Higgs non resolven todas as preguntas sen resposta na física fundamental, tanto no ámbito da orixe do universo, coma no da materia escura así como na estructura última da materia, pero é un grande avance no noso entendemento do mecanismo que está detrás das interaccións feble e electromagnética.
*Profesor do Departamento de Física de Partículas da Universidade de Santiago
