Why our universe might exist on a knife-edge | Gian Giudice

Gian Giudice: Por qué nuestro universo puede existir al borde de un precipicio

Traductor: Lidia Cámara de la Fuente Revisor: Sebastian Betti

So last year, on the Fourth of July,

El año pasado, el 4 de julio,

experiments at the Large Hadron Collider

experimentos en el Gran Colisionador de Hadrones, GCH,

discovered the Higgs boson.

descubrieron el bosón de Higgs.

It was a historical day.

Fue un día histórico.

There's no doubt that from now on,

No hay duda de que de ahora en adelante,

the Fourth of July will be remembered

el 4 de julio será recordado

not as the day of the Declaration of Independence,

no como el día de la Declaración de Independencia,

but as the day of the discovery of the Higgs boson.

sino como el día del Descubrimiento del Bosón de Higgs.

Well, at least, here at CERN.

Bueno, al menos, aquí en el CERN.

But for me, the biggest surprise of that day

Pero para mí, la mayor sorpresa del día

was that there was no big surprise.

fue que no hubo ninguna gran sorpresa.

In the eye of a theoretical physicist,

Para el ojo de un físico teórico,

the Higgs boson is a clever explanation

el bosón de Higgs es una explicación inteligente

of how some elementary particles gain mass,

de cómo algunas partículas elementales ganan masa;

but it seems a fairly unsatisfactory

sin embargo, parece una solución bastante

and incomplete solution.

insatisfactoria e incompleta.

Too many questions are left unanswered.

Quedan muchas preguntas sin responder.

The Higgs boson does not share the beauty,

El bosón de Higgs no comparte la belleza,

the symmetry, the elegance,

la simetría, la elegancia,

of the rest of the elementary particle world.

del resto del mundo de las partículas elementales.

For this reason, the majority of theoretical physicists

Por esta razón, la mayoría de los físicos teóricos

believe that the Higgs boson could not

cree que el bosón de Higgs no puede

be the full story.

ser la historia completa.

We were expecting new particles and new phenomena

Esperábamos nuevas partículas y fenómenos

accompanying the Higgs boson.

acompañando al bosón de Higgs.

Instead, so far, the measurements

En cambio, hasta ahora, las mediciones

coming from the LHC show no signs of new particles

procedentes del GCH no muestran signos de nuevas partículas

or unexpected phenomena.

o fenómenos inesperados.

Of course, the verdict is not definitive.

Por supuesto, la sentencia no es definitiva.

In 2015, the LHC will almost double

En el año 2015, el GCH casi doblará

the energy of the colliding protons,

la energía de la colisión de protones,

and these more powerful collisions

y estas colisiones más poderosas

will allow us to explore further the particle world,

permitirán explorar más el mundo de las partículas,

and we will certainly learn much more.

y sin duda aprenderemos mucho más.

But for the moment, since we have found

Pero por el momento, ya que no se ha encontrado

no evidence for new phenomena, let us suppose

evidencia de nuevos fenómenos, esto nos deja suponer

that the particles that we know today,

que las partículas que conocemos hoy en día,

including the Higgs boson,

incluyendo el bosón de Higgs,

are the only elementary particles in nature,

son las únicas partículas elementales en la naturaleza,

even at energies much larger

incluso a energías mucho mayores

than what we have explored so far.

que las que hemos explorado hasta ahora.

Let's see where this hypothesis is going to lead us.

Vamos a ver a donde nos llevará esta hipótesis.

We will find a surprising and intriguing result

Nos encontraremos con un resultado sorprendente y fascinante

about our universe, and to explain my point,

acerca de nuestro universo; y para explicar mi punto,

let me first tell you what the Higgs is about,

primero les explicaré qué es el Higgs,

and to do so, we have to go back

y para hacerlo, tenemos que retroceder

to one tenth of a billionth of a second

a un diezmilmillonésimo de segundo

after the Big Bang.

después del Big Bang.

And according to the Higgs theory,

Y según la teoría de Higgs,

at that instant, a dramatic event took place

en ese instante, se produjo un acontecimiento dramático

in the universe.

en el universo.

Space-time underwent a phase transition.

El espacio-tiempo experimentó una transición de fase.

It was something very similar to the phase transition

Fue algo muy similar a la transición de fase

that occurs when water turns into ice

que ocurre cuando el agua se convierte en hielo

below zero degrees.

por debajo de los cero grados.

But in our case, the phase transition

Pero en nuestro caso, la transición de fase

is not a change in the way the molecules

no es un cambio en la forma como las moléculas

are arranged inside the material,

se organizan dentro de la materia,

but is about a change

sino que se trata de un cambio

of the very fabric of space-time.

de la estructura del espacio-tiempo.

During this phase transition, empty space

Durante esta transición de fase, el espacio vacío

became filled with a substance

se llenó de una sustancia

that we now call Higgs field.

que ahora llamamos campo de Higgs.

And this substance may seem invisible to us,

Y esta sustancia puede parecer invisible para nosotros,

but it has a physical reality.

pero tiene una realidad física.

It surrounds us all the time,

Nos rodea todo el tiempo,

just like the air we breathe in this room.

al igual que el aire que respiramos en esta habitación.

And some elementary particles interact

Y algunas partículas elementales interactúan

with this substance, gaining energy in the process.

con esta sustancia, obteniendo energía en el proceso.

And this intrinsic energy is what we call

Y esta energía intrínseca es lo que llamamos

the mass of a particle,

la masa de una partícula,

and by discovering the Higgs boson, the LHC

y al descubrir el bosón de Higgs, el GCH

has conclusively proved that this substance is real,

ha demostrado concluyentemente que esta sustancia es real,

because it is the stuff the Higgs bosons are made of.

porque las cosas están constituidas por los bosones de Higgs.

And this, in a nutshell, is the essence of the Higgs story.

Y esto, en pocas palabras, es la esencia de la historia de Higgs.

But this story is far more interesting than that.

Pero esta historia es mucho más interesante.

By studying the Higgs theory,

Mediante el estudio de la teoría de Higgs,

theoretical physicists discovered,

físicos teóricos descubrieron,

not through an experiment

no a través de un experimento

but with the power of mathematics,

sino mediante el poder de las matemáticas,

that the Higgs field does not necessarily exist

que el campo de Higgs no existe necesariamente

only in the form that we observe today.

solamente en la forma que observamos hoy.

Just like matter can exist as liquid or solid,

Al igual que la materia puede existir como líquido o sólido,

so the Higgs field, the substance that fills all space-time,

el campo de Higgs, la sustancia que llena todo el espacio-tiempo,

could exist in two states.

podría existir en dos estados.

Besides the known Higgs state,

Además el estado de Higgs conocido,

there could be a second state in which the Higgs field

podría haber adoptado un segundo estado donde el campo de Higgs

is billions and billions times denser

es miles de millones de veces más denso

than what we observe today,

que lo que observamos hoy en día,

and the mere existence of another state

y la mera existencia de otro estado

of the Higgs field poses a potential problem.

del campo de Higgs plantea un problema potencial.

This is because, according to the laws

Esto es porque, de acuerdo a las leyes

of quantum mechanics, it is possible

de la mecánica cuántica, es posible

to have transitions between two states,

tener transiciones entre dos estados,

even in the presence of an energy barrier

incluso en presencia de una barrera de energía

separating the two states,

que separe los dos estados,

and the phenomenon is called,

un fenómeno llamado,

quite appropriately, quantum tunneling.

muy apropiadamente, efecto túnel cuántico.

Because of quantum tunneling,

Debido al efecto túnel cuántico

I could disappear from this room

yo podría desaparecer de esta habitación

and reappear in the next room,

y aparecer en la habitación de al lado,

practically penetrating the wall.

prácticamente penetrando la pared.

But don't expect me to actually perform the trick

Pero no esperen que realice el truco

in front of your eyes, because the probability

ante sus ojos, porque la probabilidad

for me to penetrate the wall is ridiculously small.

para mí de atravesar la pared es ridículamente pequeña.

You would have to wait a really long time

Tendrán que esperar mucho tiempo

before it happens, but believe me,

antes de que suceda, pero créanme,

quantum tunneling is a real phenomenon,

el efecto túnel cuántico es un fenómeno real,

and it has been observed in many systems.

y se ha observado en muchos sistemas.

For instance, the tunnel diode,

Por ejemplo, el diodo túnel,

a component used in electronics,

un componente usado en electrónica,

works thanks to the wonders

funciona gracias a las maravillas

of quantum tunneling.

del efecto túnel cuántico.

But let's go back to the Higgs field.

Pero volvamos al campo de Higgs.

If the ultra-dense Higgs state existed,

Si existiera el estado Higgs ultra denso,

then, because of quantum tunneling,

entonces, debido al efecto túnel cuántico,

a bubble of this state could suddenly appear

una burbuja de este estado podría aparecer de repente

in a certain place of the universe at a certain time,

en algún lugar del universo en un momento determinado,

and it is analogous to what happens when you boil water.

lo que es análogo a lo que sucede cuando el agua hierve.

Bubbles of vapor form inside the water,

Las burbujas de vapor se forman dentro del agua,

then they expand, turning liquid into gas.

luego se expanden, convirtiendo líquido en gas.

In the same way, a bubble of the ultra-dense Higgs state

De la misma manera, una burbuja del estado Higgs ultra denso

could come into existence because of quantum tunneling.

podría venir a la existencia por el efecto túnel cuántico.

The bubble would then expand at the speed of light,

Luego se expandiría la burbuja a la velocidad de la luz,

invading all space, and turning the Higgs field

invadiendo todo el espacio y convirtiendo el campo de Higgs

from the familiar state into a new state.

del estado familiar al nuevo estado.

Is this a problem? Yes, it's a big a problem.

¿Esto es un problema? Sí, es un gran problema.

We may not realize it in ordinary life,

No puede ocurrirnos en la vida cotidiana,

but the intensity of the Higgs field is critical

pero la intensidad del campo de Higgs es crítica

for the structure of matter.

para la estructura de la materia.

If the Higgs field were only a few times more intense,

Si el campo de Higgs fuera un poco más intenso,

we would see atoms shrinking, neutrons decaying

veríamos átomos encogiéndose, neutrones decayendo

inside atomic nuclei, nuclei disintegrating,

dentro de los núcleos atómicos, los núcleos desintegrándose,

and hydrogen would be

y el hidrógeno sería

the only possible chemical element in the universe.

el único elemento químico posible en el universo.

And the Higgs field, in the ultra-dense Higgs state,

El campo de Higgs, en su estado de Higgs ultra denso,

is not just a few times more intense than today,

no solo es un par de veces más intenso que en la actualidad,

but billions of times,

sino miles de millones de veces,

and if space-time were filled by this Higgs state,

y si el espacio-tiempo se llenara con ese estado de Higgs,

all atomic matter would collapse.

toda la materia atómica colapsaría.

No molecular structures would be possible, no life.

No existirían estructuras moleculares, ni vida.

So, I wonder, is it possible

Entonces, me pregunto, ¿es posible

that in the future, the Higgs field

que en el futuro, el campo de Higgs

will undergo a phase transition and,

sufra una transición de fase y,

through quantum tunneling, will be transformed

a través del efecto túnel cuántico, se transforme

into this nasty, ultra-dense state?

en este estado desagradable, ultra denso?

In other words, I ask myself, what is the fate

En otras palabras, me pregunto, ¿cuál es el destino

of the Higgs field in our universe?

del campo de Higgs en nuestro universo?

And the crucial ingredient necessary

Y el ingrediente crucial necesario

to answer this question is the Higgs boson mass.

para responder a esta pregunta es la masa del bosón de Higgs.

And experiments at the LHC found that the mass

Y experimentos en el GCH encontraron que la masa

of the Higgs boson is about 126 GeV.

del bosón de Higgs es aproximadamente 126 GeV.

This is tiny when expressed in familiar units,

Esto es pequeño cuando se expresa en unidades familiares,

because it's equal to something like

porque es igual

10 to the minus 22 grams,

a 10 a la menos 22 gramos.

but it is large in particle physics units,

Pero es grande en las unidades de la física de partículas,

because it is equal to the weight

porque es igual al peso

of an entire molecule

de una molécula entera

of a DNA constituent.

de un constituyente del ADN.

So armed with this information from the LHC,

Armados con esta información del GCH,

together with some colleagues here at CERN,

junto con algunos colegas aquí en el CERN,

we computed the probability

calculamos la probabilidad

that our universe could quantum tunnel

de que nuestro universo pudiera atravesar el túnel cuántico

into the ultra-dense Higgs state,

al estado de Higgs ultra denso,

and we found a very intriguing result.

y hemos encontrado un resultado muy interesante.

Our calculations showed

Nuestros cálculos han demostrado

that the measured value of the Higgs boson mass

que el valor medido de la masa de bosón de Higgs

is very special.

es muy especial.

It has just the right value

Tiene justo el valor correcto

to keep the universe hanging

para mantener suspendido al universo

in an unstable situation.

en una situación inestable.

The Higgs field is in a wobbly configuration

El campo de Higgs está en una configuración inestable

that has lasted so far

que se ha mantenido hasta ahora

but that will eventually collapse.

pero que finalmente se derrumbará.

So according to these calculations,

Así que según estos cálculos,

we are like campers

somos como los campistas

who accidentally set their tent

que accidentalmente ponen su tienda

at the edge of a cliff.

en el borde de un precipicio.

And eventually, the Higgs field

Y finalmente, el campo de Higgs

will undergo a phase transition

experimentará una transición de fase

and matter will collapse into itself.

y la materia se derrumbará en sí misma.

So is this how humanity is going to disappear?

¿Así es cómo la humanidad va a desaparecer?

I don't think so.

No lo creo.

Our calculation shows that quantum tunneling

Nuestro cálculo muestra que ese efecto túnel cuántico

of the Higgs field is not likely to occur

del campo de Higgs no es probable que se produzca

in the next 10 to the 100 years,

en los próximos 10 a la 100 años

and this is a very long time.

y eso es mucho tiempo.

It's even longer than

Es incluso más

the time it takes for Italy to form a stable government.

que el tiempo que tarda Italia en formar un gobierno estable.

(Laughter)

(Risas)

Even so, we will be long gone by then.

Aún así, para entonces ya nos habremos ido hace tiempo.

In about five billion years,

En unos 5 mil millones de años,

our sun will become a red giant,

nuestro Sol se convertirá en una gigante roja,

as large as the Earth's orbit,

tan grande como la órbita de la Tierra,

and our Earth will be kaput,

y nuestra Tierra será "kaput",

and in a thousand billion years,

y en un billón de años,

if dark energy keeps on fueling

si la energía oscura sigue impulsando

space expansion at the present rate,

la expansión del espacio al ritmo actual,

you will not even be able to see as far as your toes,

ni siquiera podrán ver más allá de sus pies,

because everything around you

porque todo a su alrededor

expands at a rate faster than the speed of light.

se expandirá a un ritmo más rápido que la velocidad de la luz.

So it is really unlikely

Así que es muy poco probable

that we will be around to see the Higgs field collapse.

que estemos por allí para ver el colapso del campo de Higgs.

But the reason why I am interested

Pero la razón para interesarme

in the transition of the Higgs field

en la transición del campo de Higgs

is because I want to address the question,

es porque quiero abordar la cuestión,

why is the Higgs boson mass so special?

¿por qué es la masa del bosón de Higgs tan especial?

Why is it just right to keep the universe

¿Por qué es justo la correcta para mantener el universo

at the edge of a phase transition?

en el borde de una transición de fase?

Theoretical physicists always ask "why" questions.

Los físicos teóricos siempre preguntan "por qué".

More than how a phenomenon works,

Mucho más que "cómo" funciona un fenómeno,

theoretical physicists are always interested in

los físicos teóricos siempre están interesados en

why a phenomenon works in the way it works.

"por qué" un fenómeno funciona de la manera que funciona.

We think that this these "why" questions

Creemos que estas preguntas de "por qué"

can give us clues

nos pueden dar pistas

about the fundamental principles of nature.

acerca de los principios fundamentales de la naturaleza.

And indeed, a possible answer to my question

Y en efecto, una posible respuesta a mi pregunta

opens up new universes, literally.

abre nuevos universos, literalmente.

It has been speculated that our universe

Se ha especulado que nuestro universo

is only a bubble in a soapy multiverse

es solo una burbuja en un multiverso jabonoso

made out of a multitude of bubbles,

hecho de una multitud de burbujas,

and each bubble is a different universe

y cada burbuja es un universo diferente

with different fundamental constants

con diferentes constantes fundamentales

and different physical laws.

y diferentes leyes físicas.

And in this context, you can only talk about

Y en este contexto, solo se puede hablar de

the probability of finding a certain value of the Higgs mass.

la probabilidad de encontrar un determinado valor de la masa de Higgs.

Then the key to the mystery

Entonces la clave del misterio

could lie in the statistical properties

podría residir en las propiedades estadísticas

of the multiverse.

del multiverso.

It would be something like what happens

Sería algo parecido a lo que sucede

with sand dunes on a beach.

con las dunas de arena en una playa.

In principle, you could imagine to find sand dunes

En principio, uno podría imaginar encontrar dunas de arena

of any slope angle in a beach,

con cualquier ángulo de pendiente en una playa,

and yet, the slope angles of sand dunes

y sin embargo, los ángulos de inclinación de las dunas de arena

are typically around 30, 35 degrees.

típicamente miden alrededor de 30, 35 grados.

And the reason is simple:

Y la razón es simple:

because wind builds up the sand, gravity makes it fall.

el viento acumula la arena y la gravedad la hace caer.

As a result, the vast majority of sand dunes

Como resultado, la mayoría de las dunas de arena

have slope angles around the critical value,

tienen ángulos de inclinación alrededor del valor crítico,

near to collapse.

cerca del colapso.

And something similar could happen

Y algo similar podría suceder

for the Higgs boson mass in the multiverse.

para la masa del bosón de Higgs en el multiverso.

In the majority of bubble universes,

En la mayoría de los universos burbuja,

the Higgs mass could be around the critical value,

la masa de Higgs podría estar alrededor del valor crítico,

near to a cosmic collapse of the Higgs field,

cerca de un colapso cósmico del campo de Higgs,

because of two competing effects,

debido a dos efectos en competencia,

just as in the case of sand.

igual que en el caso de la arena.

My story does not have an end,

Mi historia no tiene un fin,

because we still don't know the end of the story.

porque aún no sabemos el final de la historia.

This is science in progress,

Esto es ciencia en progreso,

and to solve the mystery, we need more data,

y para resolver el misterio, necesitamos más datos,

and hopefully, the LHC will soon add new clues

y espero que el GCH pronto añada nuevas pistas

to this story.

a esta historia.

Just one number, the Higgs boson mass,

Solo un número, la masa del bosón de Higgs,

and yet, out of this number we learn so much.

y sin embargo, de este número aprendemos mucho.

I started from a hypothesis, that the known particles

Yo empecé desde una hipótesis, que las partículas conocidas

are all there is in the universe,

son todo lo que hay en el universo,

even beyond the domain explored so far.

incluso más allá del dominio explorado hasta ahora.

From this, we discovered that the Higgs field

De esto, descubrimos que el campo de Higgs

that permeates space-time may be standing

que impregna el espacio-tiempo puede estar permanentemente

on a knife edge, ready for cosmic collapse,

al filo de la navaja, listo para el colapso cósmico,

and we discovered that this may be a hint

y descubrimos que esta puede ser una pista de

that our universe is only a grain of sand

que nuestro universo es solo un grano de arena

in a giant beach, the multiverse.

en una playa gigante, el multiverso.

But I don't know if my hypothesis is right.

Pero no sé si mi hipótesis es correcta.

That's how physics works: A single measurement

Así es como funciona la física: una sola medición

can put us on the road to a new understanding

puede ponernos en el camino a una nueva comprensión

of the universe

del universo

or it can send us down a blind alley.

o nos puede enviar a un callejón sin salida.

But whichever it turns out to be,

Pero en cualquier caso

there is one thing I'm sure of:

de una cosa estoy seguro:

The journey will be full of surprises.

El viaje estará lleno de sorpresas.

Thank you.

Gracias.

(Applause)

(Aplausos)