Eureka!

Gràcies al CERN, aquests dies hem sabut que Peter Higgs és un físic anglès que fa vora 50 anys va predir l’existència d’una partícula que explicaria perquè hi ha partícules que tenen massa i d’altres que no. Molt bé! Ara que ja sabem perquè es diu “de Higgs” potser és hora que descobrim per què es diu “bosó”…

Podem començar per dir que a l’univers hi ha dues menes de partícules: les que –com el saber- no ocupen lloc, i les que –com els germans Marx a la cabina d’un vaixell– sí que n’ocupen.

Les partícules tipus germans Marx

Quedem-nos amb els germans Marx. La gràcia del gag està en veure quanta gent arriben a entaforar en aquella cabina. Tots sabem que tard o d’hora la cabina dirà “prou” perquè les persones –com tots els objectes en què puguem pensar- ocupem espai. És una situació que ens resulta familiar perquè qui més qui menys s’ha barallat amb una maleta per poder-la tancar amb tot el que ens volíem endur. Qualsevol cosa que hi fiquem (roba, sabates, llibres…) ocupa espai perquè està formada per les mateixes partícules de què estan formats els germans Marx i tots els visitants d’aquella cabina: protons, neutrons i electrons. I tant els protons, com els neutrons i els electrons, ocupen lloc.

Que els electrons ocupen lloc -i per tant no en podem posar dos al mateix lloc- és el que els químics en diuen “principi d’exclusió de Pauli”, i és la base d’aquells exercicis de batxillerat on els electrons d’un àtom s’havien de distribuir en diferents orbitals (1s² 2s² 2p⁶ 3s² …).

Les partícules tipus saber

Però no tot a l’univers ocupa espai. No marxem de la cabina dels germans Marx, però pensem ara en les tres bombetes que hi ha a la paret. Quanta llum poden arribar a fer? En altres paraules: podria arribar un moment en que no poguessin emetre més llum perquè l’habitació “ja fos plena de llum i no n’hi cabés més”?

La resposta és no, perquè els fotons (les partícules que formen la llum) no ocupen lloc. La cabina, doncs, té un aforament limitat d’electrons però no de fotons. Per això arribarà un moment en que no hi cabrà més gent, però en canvi sempre hi pot haver més llum.

La resposta és a l’spin

Què fa que unes partícules ocupin lloc i d’altres no? Tornem a la química de batxillerat… us en recordeu de l’spin? L’spin és una característica de les partícules -com la seva massa o la càrrega elèctrica- de manera que per identificar una partícula hem de dir quina massa, quina càrrega i quin spin té (i encara alguna cosa més…). Doncs bé, el que determina si una partícula ocupa o no ocupa lloc és el seu spin. Les partícules amb spin enter (0, 1, 2…) no ocupen lloc, i les partícules amb spin semi-enter (¹/₂, ³/₂….) sí que n’ocupen.

L’spin dels electrons val ½, per això ocupen lloc; en canvi, els fotons tenen spin 1, per això no n’ocupen.

Quin nom els posem?

La primera gran aportació a l’estudi estadísitic de les partícules amb spin semi-enter (les que ocupen lloc) la va fer Enrico Fermi a la dècada dels anys 1920, uns 10 anys abans que els germans Marx filmessin aquell inoblidable gag. Això explica que a aquestes partícules se les anomeni fermions (en honor a Fermi) en lloc de marxistes.

Més o menys a la mateixa època, Satyendra Nath Bose va descriure l’estadística de les partícles amb spin enter (les que no ocupen lloc) i, per analogia amb els fermions, se les coneix com a bosons, en honor a Bose.

PS

El bosó de Higgs té spin 0.