En términos simples, el bosón de Higgs es la partícula más cara de todos los tiempos. Si, por ejemplo, un tubo de vacío y un par de mentes brillantes fueron suficientes para descubrir el electrón, la búsqueda del bosón de Higgs requirió la creación de energía experimental, que rara vez se encuentra en la Tierra. El Gran Colisionador de Hadrones no necesita presentación, ya que es uno de los experimentos científicos más famosos y exitosos, pero su perfil de partículas, como antes, es un misterio para la mayoría de la población. Se le ha llamado una partícula de Dios, sin embargo, gracias a los esfuerzos de literalmente miles de científicos, ya no tenemos que aceptar su existencia por fe.
Último desconocido
¿Qué es el bosón de Higgs y cuál es la importancia de su descubrimiento? ¿Por qué se ha convertido en objeto de tanta publicidad, financiación y desinformación? Por dos razones. Primero, fue la última partícula no descubierta necesaria para confirmar el modelo estándar de la física. Su descubrimiento significó que toda una generación de publicaciones científicas no había sido en vano. En segundo lugar, este bosón le da a otras partículas su masa, lo que le da un significado especial y algo de "magia". Tendemos a pensar enmasa como una propiedad intrínseca de las cosas, pero los físicos piensan de otra manera. En términos simples, el bosón de Higgs es una partícula sin la cual, en principio, la masa no existe.
Un campo más
La razón radica en el llamado campo de Higgs. Fue descrito incluso antes que el bosón de Higgs, porque los físicos lo calcularon para las necesidades de sus propias teorías y observaciones, que requerían la presencia de un nuevo campo, cuya acción se extendería a todo el Universo. Reforzar hipótesis inventando nuevos componentes del universo es peligroso. En el pasado, por ejemplo, esto condujo a la creación de la teoría del éter. Pero cuantos más cálculos matemáticos se hacían, más físicos entendían que el campo de Higgs debe existir en la realidad. El único problema era la f alta de medios prácticos para observarlo.
En el modelo estándar de la física, las partículas elementales ganan masa a través de un mecanismo basado en la existencia del campo de Higgs que impregna todo el espacio. Crea bosones de Higgs, que requieren mucha energía, y esta es la razón principal por la que los científicos necesitan aceleradores de partículas modernos para realizar experimentos de alta energía.
¿De dónde viene la masa?
La fuerza de las interacciones nucleares débiles disminuye rápidamente al aumentar la distancia. Según la teoría cuántica de campos, esto significa que las partículas que intervienen en su creación (bosones W y Z) deben tener masa, a diferencia de los gluones y los fotones, que no tienen masa.
El problema es que las teorías de calibre solo tratan con elementos sin masa. Si los bosones de calibre tienen masa, entonces tal hipótesis no puede definirse razonablemente. El mecanismo de Higgs evita este problema al introducir un nuevo campo llamado campo de Higgs. A altas energías, los bosones de calibre no tienen masa y la hipótesis funciona como se esperaba. A bajas energías, el campo provoca una ruptura de simetría que permite que los elementos tengan masa.
¿Qué es el bosón de Higgs?
El campo de Higgs produce partículas llamadas bosones de Higgs. Su masa no está especificada por la teoría, pero como resultado del experimento, se determinó que es igual a 125 GeV. En términos simples, el bosón de Higgs ha confirmado definitivamente el Modelo Estándar con su existencia.
Mecanismo, campo y bosón llevan el nombre del científico escocés Peter Higgs. Aunque no fue el primero en proponer estos conceptos, pero, como suele ser el caso en la física, simplemente resultó ser el que les dio el nombre.
Simetría rota
Se pensaba que el campo de Higgs era responsable del hecho de que las partículas que no deberían tener masa la tuvieran. Este es un medio universal que dota a las partículas sin masa de diferentes masas. Tal violación de la simetría se explica por analogía con la luz: todas las longitudes de onda se mueven en el vacío con la misma velocidad, mientras que en un prisma se puede distinguir cada longitud de onda. Esta es, por supuesto, una analogía incorrecta, ya que la luz blanca contiene todas las longitudes de onda, pero el ejemplo muestra cómola creación de masa por el campo de Higgs parece deberse a la ruptura de la simetría. Un prisma rompe la simetría de la velocidad de diferentes longitudes de onda de la luz al separarlas, y se cree que el campo de Higgs rompe la simetría de las masas de algunas partículas que, de otro modo, carecen simétricamente de masa.
¿Cómo explicar el bosón de Higgs en términos simples? Solo recientemente los físicos se dieron cuenta de que si el campo de Higgs realmente existe, su funcionamiento requerirá la presencia de un portador apropiado con propiedades que permitan observarlo. Se suponía que esta partícula pertenecía a los bosones. En términos simples, el bosón de Higgs es la llamada fuerza portadora, al igual que los fotones, que son portadores del campo electromagnético del Universo. Los fotones, en cierto sentido, son sus excitaciones locales, al igual que el bosón de Higgs es una excitación local de su campo. Probar la existencia de una partícula con las propiedades esperadas por los físicos equivalía, de hecho, a probar directamente la existencia de un campo.
Experimento
Muchos años de planificación han permitido que el Gran Colisionador de Hadrones (LHC) se convierta en un testimonio de una posible refutación de la teoría del bosón de Higgs. Un anillo de 27 km de electroimanes súper potentes puede acelerar partículas cargadas a fracciones significativas de la velocidad de la luz, provocando colisiones lo suficientemente fuertes como para separarlas en sus componentes, así como deformar el espacio alrededor del punto de impacto. Según los cálculos, a una energía de colisión de un nivel suficientemente alto, es posible cargar un bosón para que se desintegre, y esto puede sermirare. Esta energía era tan grande que algunos incluso entraron en pánico y predijeron el fin del mundo, y la fantasía de otros llegó tan lejos que el descubrimiento del bosón de Higgs se describió como una oportunidad para mirar hacia una dimensión alternativa.
Confirmación final
Las observaciones iniciales parecían refutar las predicciones, y no se pudo encontrar ninguna señal de la partícula. Algunos de los investigadores involucrados en la campaña para gastar miles de millones de dólares incluso aparecieron en televisión y mansamente afirmaron que refutar una teoría científica es tan importante como confirmarla. Sin embargo, después de un tiempo, las mediciones comenzaron a encajar en el panorama general, y el 14 de marzo de 2013, el CERN anunció oficialmente la confirmación de la existencia de la partícula. Hay evidencia que sugiere la existencia de múltiples bosones, pero esta idea necesita más estudio.
Dos años después de que el CERN anunciara el descubrimiento de la partícula, los científicos que trabajan en el Gran Colisionador de Hadrones pudieron confirmarlo. Por un lado, esta fue una gran victoria para la ciencia y, por otro lado, muchos científicos quedaron decepcionados. Si alguien esperaba que el bosón de Higgs fuera la partícula que conduciría a regiones extrañas y maravillosas más allá del modelo estándar (supersimetría, materia oscura, energía oscura), entonces, desafortunadamente, resultó que no fue así.
Un estudio publicado en Nature Physics ha confirmado la descomposición en fermiones. El Modelo Estándar predice que, en términos simples, el bosónEl Higgs es la partícula que da a los fermiones su masa. El detector del colisionador CMS finalmente confirmó su descomposición en fermiones: quarks down y leptones tau.
Bosón de Higgs en términos simples: ¿qué es?
Este estudio finalmente ha confirmado que este es el bosón de Higgs predicho por el modelo estándar de física de partículas. Está ubicado en la región de energía de masa de 125 GeV, no tiene espín y puede descomponerse en muchos elementos más livianos: pares de fotones, fermiones, etc. Gracias a esto, podemos decir con confianza que el bosón de Higgs, en términos simples, es una partícula que da masa a todo.
Decepcionado con el comportamiento predeterminado de un elemento recién abierto. Si su decaimiento fuera ligeramente diferente, estaría relacionado con los fermiones de manera diferente y surgirían nuevas vías de investigación. Por otro lado, esto significa que no hemos avanzado un solo paso más allá del Modelo Estándar, que no tiene en cuenta la gravedad, la energía oscura, la materia oscura y otros fenómenos extraños de la realidad.
Ahora solo se puede adivinar qué los causó. La teoría más popular es la supersimetría, que establece que cada partícula en el modelo estándar tiene una supercompañera increíblemente pesada (lo que constituye el 23 % del universo: la materia oscura). Mejorar el colisionador, duplicando su energía de colisión a 13 TeV, probablemente permitirá detectar estas superpartículas. De lo contrario, la supersimetría tendrá que esperar a que se construya un sucesor más potente del LHC.
Otras perspectivas
Entonces, ¿cómo será la física después del bosón de Higgs? El LHC ha reanudado recientemente su trabajo con mejoras significativas y puede ver todo, desde antimateria hasta energía oscura. Se cree que la materia oscura interactúa con la materia ordinaria únicamente a través de la gravedad y la creación de masa, y la importancia del bosón de Higgs es clave para comprender exactamente cómo sucede esto. El principal inconveniente del modelo estándar es que no puede explicar los efectos de la gravedad (este modelo podría llamarse Gran Teoría Unificada) y algunos creen que la partícula y el campo de Higgs podrían ser el puente que los físicos están tan desesperados por encontrar.
Se ha confirmado la existencia del bosón de Higgs, pero su comprensión completa aún está muy lejos. ¿Refutarán los experimentos futuros la supersimetría y la idea de su descomposición en la propia materia oscura? ¿O confirmarán hasta el último detalle de las predicciones del Modelo Estándar sobre las propiedades del bosón de Higgs y acabarán con esta área de investigación para siempre?
