Una onada de confusió assota la física

Al Gran Col·lisionador d’Hadrons, situat prop de Ginebra, sota els camps i els centres comercials de la frontera entre França i Suïssa, les partícules subatòmiques conegudes com a protons circulen a tota velocitat per una pista electromagnètica de 27 quilòmetres, xocant les unes contra les altres a la velocitat de la llum i recreant les condicions de l’Univers quan només tenia una bilionèsima de segon d’edat. Prop de 5.000 físics tornen a treballar al CERN, l’Organització Europea per a la Investigació Nuclear, observant com els ordinadors filtren les restes de col·lisions primordials a la recerca de noves partícules i forces de la natura.

La ciència truca a la porta del cel, com diu Lisa Randall, física de Harvard, al títol del llibre que ha escrit fa poc sobre física de partícules. Però, ¿i si ningú respon? ¿I si no hi ha res de nou per descobrir? Aquesta perspectiva projecta una ombra d’inquietud sobre la comunitat científica.

Han passat cinc anys, s’han fet més de 7 quadrilions de col·lisions de protons des del 2012, moment en què el col·lisionador va descobrir el bosó de Higgs, la partícula que explica per què altres partícules elementals tenen massa. Aquest èxit culminava una construcció d’equacions anomenada model estàndard, que va posar fi a un capítol significatiu de la física. El 2015 va aparèixer a les dades del col·lisionador una punxa que apuntava a l’aparició d’una nova partícula, que va desencadenar una allau de documents teòrics abans d’esvair-se en l’oblit com qualsevol altre capritx de la natura. Però des d’aleshores, el silenci dels investigadors ha sigut ominós. “La sensació entre els especialistes és, en el millor dels casos, de confusió i, en el pitjor, de depressió”, afirmava fa poc Adam Falkowski, físic de partícules del Laboratoire de Physique Théorique d’Orsay (França).

Una època difícil per a la física

Segons Gian Giudice, cap del departament de teoria del CERN: “És una època difícil per als teòrics. Sembla que les nostres esperances s’han vist frustrades. No hem trobat el que buscàvem”. Això que els físics de tot el món busquen des de fa gairebé 30 anys és un indici d’uns fenòmens denominats supersimetria; un indici encara tan fora del nostre abast com la poma daurada, la promesa d’una bellesa matemàtica oculta en el nucli de la realitat.

Els teòrics dels anys 70 postulaven una relació entre les partícules que transporten forces -com el fotó, que transmet l’electromagnetisme- i els components bàsics de la matèria, els electrons i els quarks. Si la teoria de la supersimetria és correcta, hi hauria d’haver tota una sèrie de partícules elementals per descobrir, que reben la denominació de supercompanyes dels quarks i electrons i d’altres partícules que ja coneixem i estimem. A més, després del Big Bang es van formar núvols d’aquestes partícules que potser componen la misteriosa matèria fosca que, segons els astrònoms, constitueix una quarta part de l’Univers i que amb la seva força gravitatòria controla el destí de les galàxies.

El gran col·lisionador d’hadrons va ser dissenyat per fer xocar protons amb l’energia necessària per recrear la primera bilionèsima de segon després del Big Bang. Quan dos protons xoquen al Gran Col·lisionador d’Hadrons, fan una petitíssima recreació del Big Bang original que va fer arrencar el cosmos. Els tipus de matèria que es puguin crear en aquestes col·lisions, que eren predominants quan l’Univers era jove, poden reaparèixer i fer-se veure en els laberints de detectors electrònics i ordinadors que formen aquesta màquina formidable. Cada vegada que els col·lisionadors disposen d’una mica més d’energia per gastar, els científics accedeixen a unes dimensions del temps, la naturalesa i la possibilitat que mai havíem vist i ens acostem una mica més a l’estructura matemàtica de la realitat.

Amb això n’hi havia prou -els físics ho sabien- per descobrir el bosó de Higgs o demostrar que no existia. Molts teòrics també esperaven que, quan finalment es posés en marxa el Gran Col·lisionador d’Hadrons el 2010, apareguessin partícules supersimètriques. De fet, segons algunes versions de la teoria, aquestes partícules misterioses podrien haver aparegut fins i tot abans, en els predecessors del col·lisionador.

Supersimetria i conyac del car

Com deia un titular del New York Times el 1993: “Tres-cents quinze físics informen que han fracassat en la recerca de la supersimetria”. I de moment, continuen fracassant. Al maig, una nova anàlisi efectuada pels 3.000 físics que controlen el gran detector ATLAS (un dels dos principals detectors del túnel del CERN) van anunciar que no havien trobat cap indici de superpartícules.

Mentrestant, en altres experiments, tampoc han donat fruits els esforços cada vegada més perfeccionats per captar les suposades partícules de matèria fosca que van a la deriva per l’espai (i pel nostre cos), i els teòrics comencen a concebre idees més complicades del que la natura podria fer a les fosques.

L’any passat uns quants científics es van reunir a Copenhaguen per pagar amb conyac del car una aposta perduda: havien apostat que a hores d’ara la supersimetria ja hauria aparegut. “Molts companys estan desesperats”, diu Hermann Nicolai de l’Institut Max Planck de Física Gravitatòria de Potsdam. “Hi han dedicat tota la seva carrera”. La idea que el gran col·lisionador d’hadrons només descobriria el bosó de Higgs ha sigut el pitjor malson dels físics. Entre altres coses, els deixaria sense cap explicació per al seu principal èxit: el mateix bosó de Higgs.

Segons els resultats obtinguts al CERN, el bosó tant temps buscat, la pedra angular del model estàndard, pesa el mateix que un àtom de iode. Però, segons els càlculs teòrics, això és un pes ridículament baix. La massa del bosó de Higgs hauria de ser milers de quadrilions de vegades més elevada. La causa és la raresa quàntica, un dels principis de la qual és que tot el que no està prohibit es farà realitat. Això vol dir que els càlculs del bosó de Higgs han d’incloure els efectes de les seves interaccions amb totes les altres partícules conegudes, incloses les anomenades partícules virtuals, que apareixen i desapareixen. Els teòrics han de corregir les equacions perquè el bosó de Higgs i altres nombres s’ajustin al model estàndard. Però quan les suposades partícules supersimètriques s’introdueixen a la barreja, es produeix un miracle. Anul·len els efectes de les altres partícules i deixen el Higgs amb una massa normal i totalment delimitada. Així hauria de ser la natura, diuen.

Els guardians de la supersimetria

Però no tothom està disposat a renunciar a la supersimetria ni a pagar les apostes. John Ellis, veterà del CERN i professor al King’s College de Londres, és un partidari acèrrim de la supersimetria. Al seu despatx hi té un esquelet de cartró amb un rètol que dona a entendre que aquest és el destí de tot aquell qui gosi criticar la Susy, diminutiu de supersimetria. “Esclar que estic decebut perquè la Susy no va aparèixer quan es va posar en marxa el col·lisionador d’hadrons”, afirma, tot i que afegeix que encara hi ha moltes possibilitats que acabi apareixent.

Segons Guido Tonelli, professor de la Universitat de Pisa i un dels líders de la recerca del Higgs: “Durant un temps ens vam pensar que descobriríem el Higgs i alhora una nova física; era molt emocionant”. Però no comparteix la depressió dels seus col·legues: “El fet que el Higgs s’adapti al model estàndard vol dir que la nova física és una mica més lluny del que pensàvem. Sabem que és allà, el que passa és que no sabem si hi arribarem demà o la pròxima dècada. Hem d’explorar. No tingueu por”.

A finals del 2018, al col·lisionador s’hauran produït uns 15.000 bilions de xocs. Si aleshores encara no ha aparegut res, caldrà tornar a començar de zero, segons el Dr. Giudice: “Quan hi ha confusió, la recerca arriba a un punt culminant. Sens dubte, aquest és un moment de confusió. La confusió és una oportunitat per a l’aparició de noves idees”.

La paciència com a mare de la ciència

Fa només sis anys que el col·lisionador va estar a punt de descartar l’existència del bosó de Higgs, si més no segons el que prescriu el model estàndard. Els científics estaven disposats a explicar públicament per què el fet de no haver trobat el bosó de Higgs seria més emocionant que trobar-lo: una altra oportunitat per a la confusió creativa. Evidentment, aleshores va ser quan va aparèixer una petita punxa en els gràfics de dades i va resultar que es tractava de l’esmunyedís bosó. “Potser la natura és més subtil del que pensem”, diu Joel Butler, físic del Fermi National Accelerator Laboratory, que lidera un dels equips de detectors del CERN.

“Vam tardar 50 anys a trobar el Higgs”, diu un matí, al costat del detector de diverses plantes conegut com a CMS, situat 60 metres sota terra. I afegeix: “No hi ha dubte que, en física, la paciència és una virtut”.