Peter Higgs

Un vaso de agua y un vaso de gelatina se ven igual, pero se comportan de manera distinta. Así ocurre con el tejido prostático: en un corte habitual bajo el microscopio se ven tanto las glándulas tumorales como el soporte que las rodea: el tejido conectivo. Antes, el patólogo solo observaba las glándulas y consideraba el soporte como un simple fondo.

En el detector CMS del Gran Colisionador de Hadrones, los protones chocan con una energía enorme, produciendo muchas partículas. La mayoría se desintegran casi al instante, justo en el punto de colisión.

Los marcadores radiactivos son como un mensajero con una baliza: lo introduces en el cuerpo y él ilumina el órgano deseado en la imagen. Pero ese mensajero tiene reglas estrictas: no se puede enviar con frecuencia, se 'cansa' rápido y cuesta caro. Los médicos llevan tiempo soñando con una forma de ver el órgano sin radiación.

Un fotógrafo captura a un corredor: para que la imagen no salga borrosa, necesita una velocidad de obturación corta. El escáner de RM es como ese fotógrafo, pero su 'obturación' es lenta: en ese tiempo, el músculo alcanza a cambiar. Por eso, la RM dinámica (una serie de imágenes volumétricas en movimiento) es un desafío: hay pocos datos y el movimiento no espera.

El bosón de Higgs vive increíblemente poco: menos de una milmillonésima de segundo. No se puede capturar directamente, por lo que los físicos observan lo que queda tras su desintegración: chorros de partículas, muones, neutrinos. Pero parte de la información se pierde si solo se consideran las huellas explícitas de la desintegración y no todo el evento en su conjunto.

En el detector ATLAS del Gran Colisionador de Hadrones, los protones chocan miles de millones de veces por segundo. Entre ese torrente, los físicos han capturado ocho eventos en los que, tras el impacto, surgieron a la vez dos partículas Z del modelo estándar y un fotón.

La vejiga urinaria se parece a un globo: mientras se llena, la pared se estira y la forma cambia. Los médicos suelen controlar la presión interna y la cantidad de líquido que entra, pero casi no prestan atención a la geometría en sí: cómo se curva exactamente la superficie.

El corazón late de forma irregular. La resonancia magnética convencional finge que todos los latidos son iguales: los superpone, como un fotógrafo que retrata a un bailarín con una exposición larga. El resultado es una mancha borrosa: bonita, pero inútil si necesitas ver cada movimiento. El nuevo enfoque filma el corazón como un video: fotograma a fotograma, sin saltos.

Un aparato de resonancia magnética convencional es un imán enorme que no se puede mover de lugar y una computadora potente que convierte las señales del cuerpo en una imagen. En los últimos años han aparecido tomógrafos portátiles con campo más débil: son ligeros, baratos y pueden funcionar en un hospital de campaña o en una ambulancia.

En el detector ATLAS del Gran Colisionador de Hadrones, las partículas dejan huellas como esquiadores en la nieve. Algunas huellas se cortan a los pocos centímetros: así se vería una partícula que nace, vuela un trecho y se descompone en algo invisible.

Un escáner PET convencional se parece a una cámara con un objetivo estrecho: para capturar a una persona entera hay que moverla de un lado a otro y tomar muchas imágenes. El nuevo tomógrafo IMAS es una cámara gran angular que abarca de una vez 71 centímetros del cuerpo.

En un anillo subterráneo de 27 kilómetros de circunferencia, los protones se aceleran hasta casi la velocidad de la luz y se hacen chocar de frente. En el punto de impacto se recrean por un instante condiciones similares a las de la primera billonésima de segundo tras el nacimiento del Universo.

La PET/TAC es como un mapa del terreno donde las células cancerosas brillan como puntos luminosos. Pero, ¿y si el mapa está vacío y la enfermedad sigue escondida en algún lugar?

Cuando un bosón W (la partícula que transmite la interacción débil) se desintegra en un quark y un antiquark, a la enorme velocidad del colisionador estos dos fragmentos vuelan casi en la misma dirección.

En el detector ATLAS del Gran Colisionador de Hadrones, los protones chocan con una energía enorme y, entre los escombros, a veces nace un bosón de Higgs: la partícula que da masa a otras partículas.

La placenta es como un mercado bullicioso donde el oxígeno pasa de la madre al hijo. Si los puestos están bien alineados y la mercancía se reparte rápido, alcanza para todos. Pero si los pasillos se congestionan, empiezan los atascos: en unos sitios hay de sobra y en otros falta.

En el tratamiento del cáncer de próstata, los médicos suelen ver no un solo tumor, sino múltiples focos en los huesos y los ganglios linfáticos. Cada foco puede responder a la terapia de manera distinta: uno se reduce, otro permanece estable, un tercero crece. Antes se evaluaba la enfermedad en su conjunto, como si se juzgara el clima por la temperatura media del año.

En el hospital, la sangre del dedo suele ir al laboratorio y el resultado llega al día siguiente. El nuevo método promete reducir este proceso a unos minutos. En lugar de captar la luz reflejada por la muestra, lee el voltaje eléctrico que se genera en la interfaz entre dos medios, como un leve cosquilleo al tocar una pila con los dedos húmedos. Esta señal resultó ser sorprendentemente estable y precisa.

Un imán débil en un escáner de resonancia magnética es como una bombilla tenue en una habitación oscura: hay imagen, pero los detalles se ahogan en la granulosidad. Estos tomógrafos funcionan con un campo menor a 0,1 tesla (el hospitalario estándar es de 3 teslas, 30 veces más fuerte), pero son ligeros, baratos y no requieren una sala especial.

En el Gran Colisionador de Hadrones chocan protones y del destello nacen decenas de partículas. Entre ellas pueden estar las huellas de procesos raros, como la desintegración del bosón de Higgs en dos bosones W. Pero estas partículas se dispersan tan rápido que sus huellas se funden en un único chorro ancho.

Cuando un médico irradia un tumor, intenta no afectar los órganos sanos cercanos. Antes se solían administrar muchas dosis pequeñas de radiación, como regar el césped con una regadera de agujeros finos. Ahora se usa cada vez más la hipofraccionación: menos sesiones, pero dosis más grandes, como con una manguera de alta presión. La cuestión es cómo saber si no se han secado los macizos vecinos.

El bosón de Higgs es como un director de orquesta que otorga masa a todas las demás partículas. Sin él, los electrones no tendrían masa y los átomos se desintegrarían. Pero, ¿cómo interactúa el director consigo mismo? Esta es la pregunta clave que deberá responder el futuro colisionador de muones.

En el Gran Colisionador de Hadrones, los protones chocan miles de millones de veces por segundo, y solo una vez por billón de colisiones se produce un par de bosones de Higgs (las partículas responsables de la masa de todo lo que existe). En el experimento CMS, los físicos rastrearon precisamente esos eventos.

Una linterna dispersa la luz en un haz ancho, mientras que un láser emite un rayo estrecho que revela los detalles más pequeños. En la resonancia magnética (RM), el papel de ese rayo lo desempeña el gradiente: un cambio rápido del campo magnético a lo largo del cuerpo.

Para mirar dentro del músculo, se irradia con ondas de radio en un campo magnético intenso — así funciona la resonancia magnética.

Dos haces deslumbrantemente brillantes chocan de frente. En el punto de encuentro, por un instante, nace una partícula: la misma que es responsable de la masa de todo lo que existe. Es el bosón de Higgs. Normalmente se obtiene acelerando protones o electrones, pero aquí los proyectiles son las propias partículas de luz: los fotones.

Un fotógrafo retrata a un corredor con una exposición larga y obtiene una silueta borrosa. Algo parecido le ocurre a un resonador magnético convencional cuando 've' órganos en movimiento: el corazón se contrae, los pulmones respiran y la imagen se desenfoca. Para evitarlo, se pide al paciente que se quede quieto y contenga la respiración.

Una orquesta sin director. Cada músico no solo escucha a su vecino, sino también los ecos de todo el escenario. Así es más o menos la idea del campo de Higgs no local: una partícula 'siente' lo que ocurre no en un punto, sino en toda una región del espacio. En la imagen habitual, la masa surge cuando las partículas atraviesan el omnipresente campo de Higgs, como una cuchara en la miel.

En lo profundo del detector del Gran Colisionador de Hadrones chocan protones y, por un instante, nace algo pesado. Se desintegra al instante en dos bosones de Higgs, partículas que, como muñecas rusas, esconden en su interior dos pares de quarks b.

Una partícula cuántica, al recorrer un anillo cerrado, deja dos «registros» diferentes en su camino. El primero es como una huella dactilar en la manija de una puerta: permanece inalterada por más que gires la manija, y solo habla de la forma y el material.

Cuando una persona respira, su hígado se desplaza suavemente hacia arriba y hacia abajo. En el tratamiento de tumores con radiación, este movimiento se tiene en cuenta sí o sí: el haz debe dar justo en el blanco, no en tejido sano.

Las imágenes de resonancia magnética de la próstata a menudo se parecen a fotos a través de un cristal sucio: ruido, contornos borrosos, curvatura por imperfecciones del campo. Los científicos comprobaron qué sucede si «lavamos» esa ventana: eliminar lo superfluo, corregir las distorsiones y alinear con precisión los diferentes tipos de escaneos.

El bosón de Higgs es como un diapasón que suena en una nota perfectamente definida. Pero los físicos han aprendido a escucharlo incluso cuando la nota se desafina, en la región que llaman «fuera de resonancia». Precisamente allí, en los datos del detector CMS, se escondían las respuestas a las preguntas sobre de qué está hecho realmente el mecanismo de Higgs.

Una cuerda bien tensada sigue vibrando después de un pellizco. En la física de partículas elementales existe un objeto similar: el oscilón. Es un cúmulo de energía que pulsa, como un corazón, sin dispersarse en el espacio. Estas estructuras surgen en el campo de Higgs —ese mismo campo que es responsable de la masa de las partículas.

En las colisiones de protones en el Gran Colisionador de Hadrones, a veces no se produce un solo Higgs, sino dos a la vez. La frecuencia de estos eventos es una huella directa de cómo el campo de Higgs interactúa consigo mismo.

La bobina en una RM capta la señal de radio de los átomos de hidrógeno, como una antena capta una emisora lejana. Pero la señal es débil, y si el amplificador introduce ruido, la imagen sale granulada. En campos magnéticos débiles (más baratos y compactos que los fuertes), hay pocos amplificadores de este tipo y son caros.