Posteado por: Samuel Tarazona | 19 julio, 2013

¿Bosón de Higgs al descubierto?

En mayo del 2010 publicamos un artículo relacionado al Large Hadron Collider (LHC), el superacelerador de partículas administrado por el CERN, y que se ha constituído como el laboratorio de experimentación en física de partículas más importante del mundo. En aquella ocasión describimos el funcionamiento de un acelerador de partículas y su importancia en la física experimental actual, las fases que componen el LHC y sus objetivos concretos, entre los que se encontraba la confirmación de la existencia del bosón de Higgs.

En julio del 2012 una noticia dio la vuelta al mundo: el evasivo bosón de Higgs parecía haber sido descubierto luego de una búsqueda de casi 50 años desde la primera vez que fue postulado, el modelo estándar de la física de partículas estaría confirmado y el lugar donde todo esto ocurrió fue justamente en el LHC.

Pero, ¿qué es exactamente el bosón de Higgs?, ¿de qué se trata el modelo estándar?, ¿cuál es la importancia de este descubrimiento? Son las interrogantes que trataremos de responder en el presente artículo.

Desarrollado a principios de la década de 1970, el Modelo Estándar es una teoría que identifica las partículas elementales (aquellas sin estructura interna) y sus interacciones. Las partículas descubiertas hasta el momentos pueden agruparse en dos grupos: leptones y hadrones, en los cuales los bariones y mesones son constituyentes de los leptones, y los quarks de los hadrones. El Modelo es compatible con la Teoría Cuántica y la Relatividad Especial.

Comencemos señalando que las interacciones básicas o fundamentales en la naturaleza son la gravitacional, la electromagnética , la fuerte y la débil. Cada una de ellas tiene su origen en alguna propiedad de la materia: masa, carga eléctrica, color y carga débil, de las cuales se derivan las cuatro fuerzas fundamentales: fuerza gravitatoria, electromagnética, nuclear fuerte y nuclear débil.

Las partículas que intervienen en estas interacciones  intercambian partículas mediadoras llamadas fotones (electromagnética), gluones (nuclear fuerte), partículas W y Z (nuclear débil) y gravitones (fuerza gravitacional) que a su vez generan los llamados cuatro campos fundamentales.

STANDARD MODEL OF ELEMENTARY PARTICLES

Resumen gráfico del modelo estandar, indicando las fuerzas fundamentales, las partículas mediadoras, las partículas elementales y sus interacciones.

El problema con el Modelo Estándar, es que la partícula responsable del campo gravitacional, el gravitón, aún no ha sido detectada, por lo que el Modelo Estándar se encuentras incompleto. Sin embargo, es la mejor teoría que tenemos actualmente para explicar los fundamentos del universo, compatible tanto con la Teoría Cuántica y la Relatividad Especial y capaz de explicar y predecir experimentos referidos a las partículas elementales.

Durante el desarrollo de la teoría, un problema surgió en torno a la fuerza nuclear débil y sus partículas mediadoras W y Z. Cuando la teoría electrodébil fue propuesta por Sheldon Glashow en 1962, estas partículas debían tener una masa elevada; sin embargo, la simetría del Modelo Estándar necesitaba que ambas partículas no tuvieran masa.

Aquí interviene el Bosón de Higgs, que fue propuesto por Peter Higgs en 1964 como responsable de “prestar” masa momentáneamente a las partículas W y Z (es bueno señalar que independiente y casi simultáneamente a Higgs, François Englert y Robert Brout propusieron la existencia de una partícula similar)

Posteriores derivaciones concluyeron que el Bosón de Higgs forma un campo que atraviesa el universo y todas las partículas elementales interactúan con él obteniendo su masa.

Hasta ese entonces, las partículas W, Z y Higgs habían sido solo teorizadas, pero no detectadas en la realidad.  Al desarrollarse mejores aceleradores de partículas, se detectaron W y Z, pero no Higgs. Para que la teoría del Modelo Estándar funcionase, ésta partícula debía ser descubierta. Los aceleradores de partículas de ese momento y los que se construyeron después, no fueron capaces de generar la energía necesaria para producir colisiones que diesen oportunidad de observar este bosón.

Higgs boson: British physicist Peter Higgs (right) speaks with Belgium physicist Francois Englert

Francois Englert y Peter Higgs durante presentación del CERN. Foto: Fabrice Coffrini/AFP/Getty Images

En Julio del 2012, casi 50 años después de su concepción, el CERN, que maneja el LHC – el acelerador de partículas más grande y potente jamás construido -,  anunció haber detectado tan elusiva partícula.

Para poner en perspectiva como se realizan estos experimentos,  mencionaremos que en los años que lleva funcionando el LHC (desde el 2010) se han producido mas de 6,000 billones de colisiones, de las cuales 5,000 millones han sido catalogadas como “de interés”, y de ellas solo 400 han dado resultados compatibles con el comportamiento teórico del bosón de Higgs. La validación de estos resultados la ha realizado el equipo de más de 2,000 científicos de todo el mundo asociados al CERN.

A pesar de todo, los responsables del CERN no han querido afirmar que han descubierto el bosón al 100%, sólo que tienen una alta probabilidad de haber detectado una partícula que tiene el comportamiento esperado por la teoría.

Como dato anecdótico, el bosón de Higgs es llamado popularmente la “partícula de Dios”, aunque ningún científico serio la llamaría de ese modo, ya que los experimentos que se realizan no tratan de validar o invalidar la existencia de Dios. Sucede que el científico norteamericano, León Lederman, publicó en 1993 un libro de divulgación sobre la búsqueda de esta partícula (a la que dedicó muchos años en Fermilab) al que iba a llamar “The Goddamn Particle” (“La Partícula Maldita”), pero fue convencido por su editor de llamarlo “The God Particle” (“La Partícula de Dios”), para favorecer su venta.

A partir del año 2015, el CERN plantea elevar la potencia del LHC e iniciar un nuevo ciclo de colisiones, y es de esperar que se den nuevos anuncios confirmando o no la detección de esta partícula, que derivará en una nueva confirmación del Modelo Estándar e iniciará la búsqueda más intensiva de la otra partícula faltante: el gravitón.

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Bibliografía:

– El Modelo Estándar de la Física de Partículas (The Standard Model of particle physics), Marco Antonio Moreira

– ¿Se ha descubierto el Bosón de Higgs?, Francisco Matorras Weinig

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Responses

  1. EXCELENTE, INTERESANTE, EL CONOCIMIENTO Y LA CIENCIA SIEMPRE NOS SORPRENDEN ….

  2. Tienes razón sobre el Modelo Estándar, contiene muchos cabos sueltos y se tienen que asumir muchas cosas para que funcione. Nuevas teorías como la de Supercuerdas tienen una propuesta simple y elegante en apariencia, pero las suposiciones necesarias para que funcione son aún más complejas.

    Sobre el BigBang, Roger Penrose ha propuesto la idea de un universo cíclico, donde el BigBang es distinto al planteamiento clásico y no habla de una singularidad. Además sortea el problema de las contradicciones con la segunda ley de la termodinámica siendo los agujeros negros los responsables de llevar al universo nuevamente a un estado de baja entropía.

    Además, Penrose cree haber descubierto “rastros” de universos preliminares en el fondo de radiación cósmica, Sigue siendo una teoría, pero al menos es un esfuerzo valiente por tratar de resolver el misterio de la creación del universo.

    Gracias por el enlace, lo leeré detenidamente.

  3. Muchas teorías científicas tienen un aspecto elegante y simple que sale como un rayo brillante, ej. el E=mc2. Cerca 1932, parecía que el mundo físico entero fui elegantemente compuesto de electrones, protones, neutrones y photones.

    Luego llego inconsistencias, salen partículas como el neutrino, hasta ahora se cuenta mas que 20 extrañas partículas sub-atómicas incluso el posible Higgs Boson. En igual manera ciertas dudas están recién saliendo sobre la Teoría Quantica, en relación al notorio principio de Heisenberg: http://www.sciencedaily.com/releases/2012/09/120907125154.htm

    Personalmente, he trabajado un tiempo en academia en la periferia de investigación sobre física y alta energía (así no soy gran experto, pero tengo ciertos criterios y “sensibilidades”).

    Entonces, mi propio teoría ( tipo GUT FEELING ) es que la física atómica (y también cósmica (*)) ha descarrilado en un camino demasiado complejo y con poca elegancia teórica. Me parece que esperamos un proximo BREAKTHROUGH para retomar un camino de teoría más elegante, consistente y completo. Tal vez la confirmación del Higgs Boson puede ayudar en este salto, pero espero que no opaca aun más a la elegancia teórica en un tipo de mugre sin fin.

    (*) la teoria cosmica como el BIG BANG realmente tiene inconsistencias logicas y filosoficas extremas.


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