Bosón de Higgs

El Bosón de Higgs

Cuasónndo subí a la báscula por la mañana, podía estar esperando que registrase un número menor que el día anterior; es posible que esté esperando perder peso. Es la cantidad de masa en ti, más la fuerza de la gravedad, lo que determina tu peso. Pero, ¿qué determina tu masa?

Esa es una de las preguntas más solicitadas y más buscadas hoy en la física. Muchos de los experimentos que circulan en los aceleradores de partículas del mundo están investigando el mecanismo que da lugar a la masa. Los científicos en el CERN, así como en Fermilab en Illinois, esperan encontrar lo que llaman el "bosón de Higgs". Higgs, creen, es una partícula, o conjunto de partículas, que podría dar masa a los demás.

La idea de una partícula que da otra masa es un poco contra-intuitiva ... ¿No es la masa una característica inherente de la materia? Si no, ¿cómo puede una entidad impartir masa a todos los demás simplemente flotando e interactuando con ellos?

¡Partícula parecida a Higgs descubierta!

El 4 de julio de 2012, el CERN anunció el descubrimiento de una nueva partícula subatómica que es consistente con el bosón de Higgs, una partícula que ha sido buscada desde la década de 1970. Ya sea el Higgs o algo que se asemeja mucho a él, una nueva partícula es un descubrimiento histórico. Ver "Higgs al alcance" en el sitio web del CERN.

artwork: CERN

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Haga clic en la imagen de arriba para una explicación útil de dibujos animados del Mecanismo de Higgs.

Una analogía citada con frecuencia lo describe bien: imagina que estás en una fiesta de Hollywood. La multitud es bastante gruesa y se distribuye uniformemente por toda la habitación, conversando. Cuando llega la gran estrella, las personas más cercanas a la puerta se reúnen a su alrededor. A medida que se mueve a través de la fiesta, atrae a las personas más cercanas a ella, y aquellos a quienes se aleja de regresar a sus otras conversaciones. Al reunir un grupo de personas aduladoras a su alrededor, ha ganado ímpetu, una indicación de la masa. Ella es más difícil de frenar de lo que estaría sin la multitud. Una vez que se detiene, es más difícil hacer que vuelva a funcionar.

Este efecto de agrupación es el mecanismo de Higgs, postulado por el físico británico Peter Higgs en la década de 1960. La teoría hipotetiza que una especie de retículo, denominado campo de Higgs, llena el universo. Esto es algo así como un campo electromagnético, ya que afecta a las partículas que se mueven a través de él, pero también está relacionado con la física de los materiales sólidos. Los científicos saben que cuando un electrón pasa a través de una red cristalina de átomos cargados positivamente (un sólido), la masa del electrón puede aumentar hasta 40 veces. Lo mismo podría ser cierto en el campo de Higgs: una partícula que se mueve a través de él crea un poco de distorsión, como la multitud alrededor de la estrella en la fiesta, y eso le da masa a la partícula.

photo: CERN

Los científicos del CERN usan el enorme detector ALEPH en su búsqueda de la partícula de Higgs.

La cuestión de la masa ha sido especialmente desconcertante, y ha dejado al bosón de Higgs como la única pieza faltante del Modelo Estándar aún por descubrir. El Modelo Estándar describe tres de las cuatro fuerzas de la naturaleza: el electromagnetismo y las fuerzas nucleares fuertes y débiles. El electromagnetismo se ha entendido bastante bien durante muchas décadas. Recientemente, los físicos han aprendido mucho más sobre la fuerza fuerte, que une a los elementos de los núcleos atómicos, y la fuerza débil, que gobierna la radioactividad y la fusión de hidrógeno (que genera la energía del sol).

El electromagnetismo describe cómo las partículas interactúan con los fotones, pequeños paquetes de radiación electromagnética. De manera similar, la fuerza débil describe cómo otras dos entidades, las partículas W y Z, interactúan con electrones, quarks, neutrinos y otros. Hay una diferencia muy importante entre estas dos interacciones: los fotones no tienen masa, mientras que las masas de W y Z son enormes. De hecho, son algunas de las partículas más masivas conocidas.

La primera inclinación es suponer que W y Z simplemente existen e interactúan con otras partículas elementales. Pero por razones matemáticas, las masas gigantes de W y Z generan inconsistencias en el Modelo Estándar. Para abordar esto, los físicos postulan que debe haber al menos otra partícula: el bosón de Higgs.

Las teorías más simples predicen solo un bosón, pero otros dicen que puede haber varios. De hecho, la búsqueda de la (s) partícula (s) de Higgs es una de las investigaciones más emocionantes, ya que podría llevar a descubrimientos completamente nuevos en la física de partículas. Algunos teóricos dicen que podría sacar a la luz tipos completamente nuevos de interacciones fuertes, y otros creen que la investigación revelará una nueva simetría física fundamental llamada "supersimetría".

photo: CERN

Los científicos del CERN no estaban seguros de si estos eventos registrados por el detector ALEPH indicaban la presencia de un bosón de Higgs. Consulte los enlaces que figuran a continuación para obtener la información más reciente sobre la búsqueda del Bosón de Higgs.

Primero, sin embargo, los científicos quieren determinar si existe el bosón de Higgs. La búsqueda ha estado en marcha durante más de diez años, tanto en Large Electron Positron Collider (LEP) del CERN en Ginebra como en Fermilab en Illinois. Para buscar la partícula, los investigadores deben aplastar otras partículas juntas a velocidades muy altas. Si la energía de esa colisión es lo suficientemente alta, se convierte en pequeños trozos de materia, partículas, uno de los cuales podría ser un bosón de Higgs. El Higgs solo durará una pequeña fracción de segundo y luego se descompondrá en otras partículas. Entonces, para poder decir si el Higgs apareció en la colisión, los investigadores buscan evidencia de lo que habría decaído.

En agosto de 2000, los físicos que trabajaban en el LEP del CERN vieron rastros de partículas que podrían ajustarse al patrón correcto, pero la evidencia aún no es concluyente. LEP se cerró a principios de noviembre de 2000, pero la búsqueda continúa en Fermilab en Illinois, y se reanudará en el CERN cuando el LHC (Large Hadron Collider) comience los experimentos en 2005.