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Hace exactamente diez años, el 4 de julio de 2012, las colaboraciones ATLAS y CMS en el Gran Colisionador de Hadrones (LHC) del CERN anunciaron el descubrimiento de una nueva partícula con características consistentes con las del Bosón de Higgs. El descubrimiento supuso un hito en la historia de la ciencia y acaparó la atención mundial. Un año más tarde, se honró a François Englert y Peter Higgs con el Premio Nobel de Física, pues ya en la década de 1960, y junto al difunto Robert Brout, predijeron la existencia de un nuevo campo fundamental, conocido como campo de Higgs, que llena el universo, se manifiesta como el Bosón de Higgs y da masa a las partículas elementales.

"El descubrimiento del Bosón de Higgs fue un hito monumental en la física de partículas. Marcó el final de un largo camino de investigación que duró décadas y el comienzo de una nueva era de estudios centrados en esta partícula tan especial", explicó Fabiola Gianotti, directora General del CERN y portavoz del experimento ATLAS en el momento del descubrimiento. "Recuerdo con emoción el día del anuncio, un día de inmensa alegría para la comunidad mundial experta en física de partículas y para todas las personas que trabajaron incansablemente durante décadas para hacer posible este descubrimiento".

Perspectiva española en el descubrimiento del Bosón de Higgs

La comunidad investigadora española tuvo, y continúa teniendo, un papel muy importante en las colaboraciones ATLAS Y CMS del CERN, los experimentos que anunciaron el avistamiento del Bosón de Higgs el 4 de julio de 2012. 

Desde la puesta en marcha del detector ATLAS participan en él investigadores del Instituto de Física de Altas Energías (IFAE), Instituto de Física Corpuscular (IFIC), Instituto de Microelectrónica de Barcelona (IMB-CNM) y de la Universidad Autónoma de Madrid (UAM). Por otro lado, la presencia nacional también despunta en el programa CMS desde los inicios de este experimento. Destacan los grupos del Centro de Investigaciones Energéticas, Medioambientales y Tecnológicas (CIEMAT), Instituto de Física de Cantabria (IFCA, CSIC-UC), Universidad Autónoma de Madrid (UAM) y de la Universidad de Oviedo (UO). Más recientemente se han incorporado a la colaboración CMS investigadores del Instituto Tecnológico de Aragón (ITAINNOVA) y del Centro Nacional de Microelectrónica (CNM).

Carlos Lacasta, investigador en el IFIC, y Celso Martínez, investigador en el IFCA, son actualmente los representantes españoles de ATLAS y CMS, respectivamente. Este puesto se designa como National Contact Physicist y la persona al cargo hace de contacto entre la colaboración (ATLAS o CMS, en este caso) y España.

El descubrimiento del bosón de Higgs: una noticia perenne

"El descubrimiento del Bosón de Higgs es una noticia que se mantendrá viva durante mucho tiempo: siempre se recordará que en julio de 2012 el CERN nos mostró que había aparecido una partícula de 125 GeV, muy parecida al Bosón de Higgs, en dos experimentos distintos, ATLAS y CMS, y allí incluso estaban dos de las tres personas que habían pensado en ese bosón casi 50 años antes, Englert y Higgs.", explicó Celso Martínez. "Para todo el mundo fue muy importante, pero para Teresa Rodrigo fue algo muy especial, al ser la portavoz de la Collaboration Board de CMS", añadió recordando a su difunta compañera, catedrática de la Universidad de Cantabria e investigadora del IFCA, instituto que llegó a dirigir.

"El descubrimiento del Bosón de Higgs es y ha sido muy importante por varios motivos. El primero y fundamental es que es un tipo de partícula que nunca se había visto en un detector hasta ahora. Además, pensamos que es una partícula fundamental, es decir, que no está formada por otras. Hemos descubierto algo que, aunque estaba anunciado desde hacía mucho, es realmente nuevo y necesitamos poner el foco en conocer las propiedades de esta nueva partícula", destacó Carlos Lacasta. 

"El segundo motivo es su propia historia. Se predijo allá por 1964 para resolver un problema que tenían los modelos teóricos a la hora de calcular los valores numéricos de los observables que podíamos medir en los experimentos. Introducir el Bosón de Higgs permitía hacer esos cálculos. Ahora, había que encontrarlo y, con los conocimientos y la tecnología que teníamos entonces, ya se barruntaba que no iba a ser tarea fácil", añadió Lacasta.

Una emoción singular e inexplicable

"Durante el descubrimiento hubo mucha emoción, resultado de un esfuerzo titánico a nivel internacional no sólo para desarrollar las tecnologías que lo hicieron posible, sino para 'gestionar' las propias colaboraciones internacionales, cuyo número de participantes ha crecido abruptamente en las últimas décadas. Desde España fue también muy especial. La comunidad española investigadora había jugado papeles muy importantes en algunos de los aspectos del diseño, construcción y operación de los detectores y en la generación de algoritmos para buscar y encontrar entre los millones de eventos producidos aquellos en los que podía haber un Bosón de Higgs", explicó Lacasta.

"Las reuniones, análisis, contranálisis y los candidatos reales a bosón de Higss, que eran revisados uno a uno, nos mantuvieron muy atareados en 2011 y 2012, pero lo vivimos con mucha ilusión. Descubrir una partícula es algo que pocas veces puede ocurrir en la vida de un físico experimental de partículas", apuntó Martínez. Lacasta comparte su emoción: "Uno no siempre puede decir que ha contribuido al descubrimiento de una nueva partícula, así que os podéis imaginar la emoción del momento." 

El IFCA y el Higgs

El Grupo de Partículas e Instrumentación del IFCA lleva años trabajando y formando parte del equipo que descubrió el Bosón de Higgs en uno de los canales de desintegración a dos bosones W. "Hoy seguimos estudiando las propiedades de este bosón, muchas de las cuales aún quedan por descubrir y para ello utilizaremos los datos que recojamos en la nueva fase de funcionamiento del LHC, que comienza mañana, a una energía nunca alcanzada anteriormente por ningún otro experimento, y aumentando la cantidad de datos totales que podremos usar para los análisis de física", explicó Alicia Calderón, investigadora del IFCA y docente en la Universidad de Cantabria. "Esperamos producir varios millones de bosones de Higgs en los próximos 3-4 años", añadió. 

Esto va a permitir, por un lado, comprobar la física del Bosón de Higgs a una nueva energía, y por otro, continuar el estudio de sus propiedades con mucha mayor precisión. Además, desde el IFCA se continuará entendiendo un poco más este bosón, para resolver cuestiones como, por ejemplo, si es un bosón fundamental o podría tener una estructura interna, si es el único bosón de Higgs existente o si podría ser un portal que conecte la materia ordinaria con la materia oscura. 

Tras el inicio del tercer período de funcionamient del LHC, el Run3, llegará el turno del High Luminosity LHC (HL-LHC), que se espera comience en 2029 con un aumento de datos superior al Run3. "Esto implicará una cantidad de datos muchísimo mayor, que van a permitir poder medir nuevas propiedades del bosón de Higgs dada la cantidad tan elevada de datos", explica Calderón.

Y añadió que "para llevar a cabo el HL-LHC es necesario desarrollar nuevas tecnologías, que puedan funcionar en ambientes de muy alta radiación y que tengan una respuesta rápida al paso de las partículas y también el desarrollo de nuevos detectores que permitan mejorar las medidas en términos de precisión". 

Por otra parte, el investigador del CSIC, y miembro del Grupo de Partículas e Instrumentación del IFCA, Iván Vila, está trabajando actualmente junto a su equipo en una nueva utilidad de la física aplicada a la medicina y la salud junto al Hospital Universitario Marqués de Valdecilla, la protonterapia. "Por supuesto hay una transferencia tecnológica de todos estos nuevos desarrollos tecnológicos, y el IFCA está involucrado en nuevas tecnologías y su aplicación en otros campos científicos y en la sociedad, uno ellos, actualmente, es la física médica y la colaboración con Valdecilla en la protonterapia como tratamiento para curar el cáncer, esto es lo que nos ocupa", afirmó el investigador Vila. 

Pie de foto: primera fila, cuarta persona por la izquierda: Teresa Rodrigo, en aquel momento investigadora del IFCA y presidenta del Collaboration Board de CMS. / CPAN