No podemos construir un colisionador de partículas con tanta energía, pero en el universo existen fenómenos muy violentos que producen enormes cantidades de energía, como explosiones de supernovas.
¿Podría alguno de estos fenómenos provocar que la partícula de Higgs destruyera el universo?
No, por fortuna es extremadamente improbable.
El universo ha existido durante los últimos 13.800 millones de años sin que ningún fenómeno astrofísico extremadamente violento haya sido capaz de destruirlo.
Todo indica que el universo está a salvo y lo seguirá estando durante los próximos cientos de miles de millones de años.
Lo que Hawking ha querido recordar con su frase es que el vacío del campo de Higgs es metaestable.
Metaestable quiere decir que es estable pero se puede desestabilizar. Imaginemos un taburete en la barra de un bar.
Si nos sentamos en el taburete estamos en un estado estable, pero no tan estable como si estuviéramos sentados en el suelo.
Por ejemplo, si echamos el cuerpo hacia atrás acabaremos cayendo al suelo.
El suelo es más estable que el taburete, que es metaestable, siendo estable podemos alcanzar un estado más estable si nos caemos al suelo.
El vacío del campo de Higgs, como el taburete, es metaestable y aportando mucha energía podría transitar a un estado más estable que destruiría el universo actual.
Lo que todos nos preguntamos es ¿cómo puede el Higgs destruir el universo y sin embargo otras partículas no pueden hacerlo?
Hay una gran diferencia entre el campo de Higgs y el campo de las demás partículas fundamentales conocidas. Todos los campos tienen un solo estado de vacío, sin embargo, el campo de Higgs tiene dos estados de vacío diferentes.
Uno a alta energía llamado falso vacío y otro a baja energía llamado vacío “verdadero”.
El universo ahora mismo se encuentra en el vacío verdadero del campo de Higgs. Las teorías físicas actuales afirman que es extremadamente improbable, pero que no es imposible que el campo de Higgs sufra una transición de fase y pase al estado de falso vacío.
En dicho caso se produciría en el espaciotiempo un fenómeno parecido a lo que le pasa al agua cuando hierve, se producirían burbujas.
Estas burbujas tendrían falso vacío en su interior y vacío verdadero en su exterior. El tamaño de las burbujas crecería a la velocidad de la luz y se formaría una especie de espuma de falso vacío que destruiría todo el universo conocido.
Sin embargo, la mayoría de los físicos no estamos preocupados por esta cuestión pues consideramos que es una indicación de que existe nueva física, nuevas partículas aún por descubrir, que estabilizarán el vacío del campo de Higgs.
¿Cómo sabemos que el campo de Higgs es metaestable?
En la teoría que explica la física de las partículas, llamada modelo estándar, parámetros como la masa o los acoplos entre campos dependen de la energía (“corren” con la energía).
Esta dependencia se calcula con una herramienta matemática llamada grupo de renormalización. La masa de todas las partículas depende del acoplo con el campo de Higgs y cambia con la energía (por ejemplo, la masa del electrón crece con la energía y la de los quarks decrece con la energía).
La masa del bosón de Higgs depende del autoacoplo del campo de Higgs.
El parámetro de autoacoplo es positivo y decae con la energía (vale 0,23 a energía cero y unos 0,13 a unos 125 GeV). A la energía a la que el autoacoplo se vuelve negativo el vacío del campo de Higgs se vuelve inestable.
Si esta energía fuera mayor que la energía de Planck (a la que el modelo estándar deja de ser válido y se necesita una teoría cuántica de la gravedad, es decir, del propio espaciotiempo) el vacío del campo de Higgs sería estable.
Con los valores actuales de la masa del Higgs y la del quark top (la partícula con mayor masa conocida), el autoacoplo se vuelve negativo a una energía de cien mil millones de veces la masa del protón, por ello el campo es metaestable.
Me gustaría destacar que hay bastante incertidumbre en la masa del quark top y que, por supuesto, si existe nueva física más allá del modelo estándar, habría que introducir correcciones a estos cálculos.
La mayoría de las propuestas actuales logran estabilizar el campo de Higgs.
¿Por qué Hawking ha sacado el tema del Higgs y de la destrucción del universo en este momento?
Gracias a la observación de modos B en la polarización del fondo cósmico de microondas, 2014 está siendo el año de la inflación cósmica.
El campo inflatón es un campo escalar como el Higgs. A principios de los ochenta varios físicos estudiaron la estabilidad de los campos escalares que tienen más de un vacío.
Por efecto túnel cuántico puede ocurrir una transición entre estos vacíos. A las soluciones matemáticas que describen este fenómeno se les llama instantones.
Los más famosos son los de Coleman–De Luccia (1980) y de Hawking–Moss (1983). Quizás Hawking ha recordado este año su trabajo con Ian G. Moss y con objeto de reivindicarlo ha lanzado su nueva boutade.
Coda final. Para los físicos interesados estos trabajos son S. R. Coleman, F. De Luccia, “Gravitational Effects on and of Vacuum Decay,” Phys. Rev. D 21: 3305 (1980) [PDF gratis], y S. W. Hawking, I. G. Moss, “Fluctuations in the Inflationary Universe,” Nucl. Phys. B 224: 180 (1983).
http://francis.naukas.com/
