Cuando te subes a una báscula y miras el número que aparece lo que ese número te está diciendo es cuánta fuerza ejerce la masa de tu cuerpo sobre el suelo es mecánica newtoniana simple la fuerza es igual a la masa por la aceleración la gravedad ejerce la aceleración sobre la masa de tu cuerpo lo que crea una fuerza ese es tu peso por lo tanto el peso es probablemente bastante fácil de entender pero la masa es un poco más nebulosa si estuvieras flotando en el espacio lejos de la Tierra esencialmente no tendrías peso pero seguirías teniendo la misma masa que tenías de pie en esa báscula de donde proviene la masa de tu cuerpo bueno la masa proviene de todos los átomos de tu cuerpo que individualmente tienen una masa de donde proviene la masa de un átomo bueno esto es interesante porque la masa de los átomos en su núcleo es en realidad energía de hecho toda masa es energía esto se ejemplifica en la famosa ecuación de equivalencia masa energía de Einstein e = Mc² la masa es intercambiable con la energía y la constante c² o velocidad de la luz al cuadrado es el factor de conversión entonces de dónde proviene la energía del átomo bueno el 99% de la masa de un átomo está contenida en la energía de enlace dentro del núcleo esta energía es el resultado de una de las cuatro fuerzas fundamentales de la naturaleza llamada fuerza fuerte que mantiene a los protones y neutrones Unidos en el núcleo de los átomos ahí es donde reside la mayor parte de la masa de tu cuerpo pero resulta que parte de tu masa alrededor del 1%, está contenida en la masa de las partículas subatómicas que componen los átomos estos son los electrones que forman una nube alrededor del núcleo así como los quarks que componen los protones y neutrones entonces la pregunta ahora es cómo tienen estas partículas subatómicas una masa intrínseca si la masa es energía cuál es el mecanismo que confiere esta energía a estas partículas fundamentales aquí es donde entra en escena el campo de Higgs, este campo está en todas partes en el espacio-tiempo pero la mayoría de las explicaciones sobre cómo este campo confiere masa no pueden evitar volverse muy técnicas al hablar sobre la ruptura de la simetría y otros conceptos matemáticos avanzados en esta ocasión intentaré explicar cómo el campo de Higgs confiere masa de forma intuitiva así tanto si eres un friki de las matemáticas como si no espero que entiendas intuitivamente lo que realmente está pasando.
Para entender como funciona el campo de Higgs primero tenemos que entender que intenta decirnos nuestra mejor teoría que describe toda la materia del universo el modelo estándar de física de partículas esta teoría describe todas las partículas fundamentales del universo como excitaciones en campos cuánticos por ejemplo una excitación del campo electromagnético sería un fotón un excitación del campo de electrones sería un electrón y una excitación del campo de work sería un work etcétera estas son ondas pero cuando están bien localizadas como en una medición nos parecen partículas estos campos abarcan todo el espacio-tiempo en todas las direcciones la animación que estás viendo aquí es una representación en 2D para visualización pero los campos serían tridimensionales cada tipo de materia y partícula de fuerza tiene su propio campo por lo tanto todas las partículas fundamentales del modelo estándar estarían representadas por diferentes campos todos estos campos cuando están en su estado fundamental es decir su estado de energía más bajo incluso cuando no hay excitaciones ni partículas presentes siempre tienen alguna vibración debido al principio de incertidumbre dejáisenberg las partículas se crean y aniquilan constantemente estas son partículas virtuales que existen durante períodos de tiempo tan cortos que no se pueden medir toman prestada energía del vacío cuando se crean y la devuelven muy rápidamente cuando se aniquilan pero esta ráfaga de actividad energética para cada campo suma colectivamente cero partículas reales netas las partículas reales se crean solo cuando se transfiere suficiente energía a estos campos desde algún otro campo para causar una excitación estas excitaciones son las partículas reales y dado que estos son campos cuantizados cualquier excitación se produce solo en cantidades establecidas por ejemplo una excitación del campo de electrones tendría que ocurrir en múltiplos enteros de 0.511 Mega electronvoltios o ame que es la masa de un electrón por lo tanto el campo puede tener una energía de uno cero dos dos cero dos dos me que sería la energía de dos electrones o cualquier otro múltiplo de 0.511 pero no por ejemplo 0.7 m que no sería un múltiplo entero de 0.511 pero el electrón solo tiene esta masa intrínseca de 0.511 me debido a su interacción con el campo de IX sin esta interacción un electrón no tendría masa tendría energía pero solo en forma de momento igual que los fotones este electrón sin masa sería como un fotón cargado y se movería a la velocidad de la luz de hecho sin el campo de Higgs todas las demás partículas fundamentales del modelo estándar también serían sin masa con la posible excepción de los nutrinos entonces la pregunta es cómo surge esta masa para responder a esto tenemos que entender el concepto de valor esperado del vacío de los distintos campos qué significa esto imaginemos por un minuto que no existiera el campo de IX si luego tomáramos cualquiera de los campos y lo pusiéramos dentro de una caja vacía como el campo de electrones y si luego pesáramos esa caja descubriríamos que esa caja no tendría peso en otras palabras el campo no tendría más aunque los electrones virtuales estuvieran presentes en todo él de manera similar todos los demás campos del modelo estándar tampoco tendrían más adentro de la caja vacía solo fluctuaciones cuánticas pero aquí está el gran problema hay una excepción a esta regla el campo de Higgs es único porque el campo de Higgs en el espacio vacío a diferencia de cualquier otro campo tiene una masa neta positiva su masa no es cero en el espacio vacío si empezáramos la caja con el campo de Higgs dentro tendría un peso el campo de Higgs en el espacio vacío tiene una masa esto se llama energía del vacío un término más técnico para esto es el valor esperado del vacío del campo de Higgs no es cero de hecho es de 246 GB electro-voltios o GV este es solo el valor que esperaríamos que tuviera el campo de Higgs cuando está en su estado de vacío o en su estado de energía más bajo ahora bien como dije antes los campos cuánticos pueden interactuar entre sí lo que esto significa básicamente es que cualquier cosa que interactúe con el campo de Higgs ahora interactúa efectivamente con este nuevo valor esperado del vacío y esa interacción significa energía y puesto que la energía y la masa son equivalentes la forma que adopta esta energía de interacción es indistinguible de la forma de energía asociada a una masa en reposo de modo que cuando una partícula fundamental interactúa con el campo de Higgs gana energía o masa intrínseca