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¡Los Campos de Higgs! ¿Será por fin el Higgs ese Bosón vislumbrado?

Autor por Emilio Silvera    ~    Archivo Clasificado en Física Cuántica    ~    Comentarios Comments (0)

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De acuerdo con el Modelo Estándar, la teoría y el éxito notable de cómo las partículas fundamentales interactúan, y en el cual, el bosón de Higgs es responsable de dotar a toda otra partícula con masa, la última partícula restante es dictada por el modelo estándar y por la cual aún no se ha detectado. Su descubrimiento es uno de los principales objetivos del LHC, el acelerador de partículas más poderoso del planeta, y tal vez, el esfuerzo más complejo jamás intentado por los científicos.

Miro en mi viejo Diccionario de Física, y me dice que el Bosón de Higgs es una partícula de espín cero, con masa no nula, predicho por Peter Higgs y que existen en ciertas teorías gauge, en particular en la teoría electrodébil (el modelo de Winberg-Salam). El Sosón de Higgs aún no ha sido encontrado, pero se piensa que se encontrará con aceleradores mayores en los próximos pocos años, especialmente después de que otras predicciones de la teoría, incluyendo los bosones W y Z, hayan sido confirmadas.

El bosón de Higgs es una parte integral de nuestra comprensión de la naturaleza. Se trata de una partícula que es una excitación de lo que se llama el campo de Higgs. El campo de Higgs impregna todo el espacio y cuando algunas de las partículas fundamentales que viajan a través de este campo adquieren masa. La cantidad de masa que adquieren depende de la fuerza en que interactúan con el campo de Higgs. Algunas particulas, como el electrón adquieren una pequeña masa, mientras que otras adquieren una masa mucho mayor.
Un aspecto peculiar de esto es que este campo de Higgs que impregna en todo el espacio es parte de lo que llamamos espacio vacío o el vacío. Es sólo su impacto sobre las partículas que viajan a través de él y el bosón de Higgs que podemos observar en el laboratorio. El bosón de Higgs vive por un lapso muy corto de tiempo, así que no lo observan directamente, sino que más bien se observa que las partículas se descompone en y tienen que inferir su existencia a partir de eso. En la teoría actual que tenemos para comprender la naturaleza podemos hacer afirmaciones precisas acerca de qué fracción del tiempo que se desintegra en dos fotones en comparación con dos quarks abajo.
                 Peter Higgs
La Organización Europea para la Investigación Nuclear (CERN) ha descubierto una nueva partícula subatómica que confirma con más de un 99% de probabilidad la existencia del bosón de Higgs, conocido popularmente como la ‘partícula de Dios’, un hallazgo fundamental para explicar por qué existe la materia tal y como la conocemos. ATLAS, uno de los dos experimentos del CERN que busca el bosón de Higgs, ha confirmado la observación de una nueva partícula, con un nivel de confianza estadística de 5 sigma (superior al 99,99994%), en la región de masas de alrededor de 125 GeV. Esta medición implica que la probabilidad de error es de una en tres millones, una cifra que, oficialmente, es suficiente para dar por confirmado un descubrimiento.

 

El Acelerador LHC ha explorado con detalle la alta escala de energía del TeV, con un potencial de descubrimiento de hasta 14 Tera electrón Voltios. Con esta trampa descomunal construida por el hombre, se esperaba atrapar al esquivo bosón que, según todos los indicios, es el que proporciona la masa a las partículas. Hoy creemos en la existencia de una presencia espectral en el Universo que nos impide conocer la verdadera naturaleza de la materia. Es como si algo quisiera impedirnos ese conocimiento final que nos daría la luz necesaria para que, nuestras mentes, pudieran al fin comprender esa realidad del Universo que, hasta el momento, no hemos sabido vislumbrar, sólo su sombra se nos aparece en algunos experimentos. Parece que, por fín, hemos hallado algo…¡ya veremos!

En los años 60 del S.XX, independientemente, Peter Higgs, Francois Englert, Robert Brout, Gerald Guralnik, Dick Hagen y Tom Kibble, propusieron precisamente, que el universo estaba lleno de un campo más tarde llamado Campo de HIGGS. Como ya se ha comentado, las interacciones de las partículas con este campo provoca que adquieran masa. Podemos pues imaginar el espacio lleno de estas partículas virtuales (Bosones de Higgs) que al interaccionar con las demás partículas provocan en ellas “dicficultade” para moverse. Es decir, las partículas adquieren inercia y por tanto masa. A más interacción con el campo Higgs más masa. Por ejemplo, los fotones  no interaccionan con ese campo mientras que los quarks “top ” lo hacen muy intensamente.

                         Cualquiera sabe como serán los Campos de Higgs

 

Allá por el año 1974, algunos físicos propusieron aquella primera teoría para alcanzar la gran unificación. Ellos, propusieron que las tres interacciones o fuerzas fuerte, débil y electromagnética, eran parte de una fuerza unificada en aquellos momentos en que la temperatura del universo recién nacido estaba más alta que 10²⁸ de grados –unos mil trillones de veces la temperatura del centro del Sol-, y, esas condiciones extremas existían antes de 10¯³⁵ segundos contados a partir del Big Bang.

Por encima de dicha temperatura, los fotones, los gluones de la fuerza fuerte, así como las partículas W y Z, podrían intercambiarse libremente entre sí –una teoría gauge más potente que la de la teoría electrodébil- sin ninguna consecuencia observable. Todo esto sugiere que habría simetría completa entre las partículas de las tres fuerzas no gravitatorias.

Claro que, aquella teoría de gran unificación que los físicos sugerían, no la podemos ver el mundo que nos rodea –la fuerza nuclear fuerte que mantiene pegados protones y neutrones en el núcleo de los átomos, parece independiente de la fuerza débil y electromagnética.

Cuando la temperatura cayó por debajo de 10¯²⁸ grados, se hizo patente el nacimiento de otro campo que, ahora conocemos como el campo de Higgs y que denominamos Higgs de gran unificación. Y, como sucede con el campo electrodébil, cuando se formó ese océano de Higgs de gran unificación, el universo sufrió una transición de fase con la consiguiente reducción de simetría. En este caso, debido a que el océano de Higgs de gran unificación tiene un efecto diferente entre los gluones que el que tiene sobre las otras partículas de fuerza, la fuerza fuerte se desgajó de la fuerza electromagnética, dando dos fuerzas no gravitatorias distintas donde previamente había sólo una. Una fracción de segundo y un descenso de trillones de grados más tarde, el Higgs electrodébil se condensó, haciendo que también se separaran la fuerza débil y electromagnética. La idea es de una gran belleza, ¡la gran unificación!, sin embargo, no ha podido ser confirmada experimentalmente.

El concepto de ruptura de simetría, y su realización mediante el campo de Higgs electrodébil, desempeña claramente un papel fundamental en la física de partículas y también en cosmología. Claro que, en este punto se nos ocurre la pregunta si un océano de Higgs es un algo invisible que llena lo que normalmente llamamos espacio vacío, ¿no estamos dándole vida a un nuevo éter?

peter higgs y fabiola gianotti

El físico británico Peter Higgs felicita a la portavoz del experimento ATLAS, Fabiola Gianotti. Imagen: EFE.

La noticia se ha dado con alborozo pero, algo tímidamente, no quieren echar las campanas al vuelo y que ocurra como con los neutrinos “más rápidos que la luz”, ahora se trata de asegurarse de que todo transcurra como debe ser en un estamento científico de prestigio como lo es el CERN.

Si existe…¿Cómo sería el Campo de Higgs?

La única respuesta que a dicha pregunta podemos dar es que si, en algunos aspectos nos recuerda al éter. Como el éter, un campo de Higgs condensado permea el espacio, nos envuelve a todos, se filtra a través de todo lo material y, como una característica intrínseca del espacio vacío (al menos que recalentemos el universo por encima de 10¹⁵ grados, lo que en realidad no podemos hacer) redefine nuestra concepción de la nada. Pero a diferencia del éter original, que fue introducido como medio indivisible para transportas las ondas luminosas de la misma manera que el aire transporta ondas sonaras, un océano de Higgs no tiene nada que ver con el movimiento de la luz, y por eso los experimentos de finales de siglo que descartaron el éter cuando se estudiaba el movimiento de la luz no tienen relación alguna con el océano de Higgs.

El océano de Higgs no tiene ningún conflicto con nada que se mueva a velocidad constante y, siendo así, todos los observadores con velocidad constante siguen estando en total pie de igualdad, y por ello un océano de Higgs, no entra en conflicto con la relatividad especial.

Claro que estas observaciones no son ninguna prueba de la existencia de los océanos de Higgs; lo que muestran es que, pese a ciertas similitudes con el éter, los campos de Higgs no están en conflicto con ninguna teoría o experimento.

No obstante, si existe un océano de Campos de Higgs debería tener otras consecuencias que fueran experimentalmente comprobables por estas fechas en que contamos con la valiosa ayuda del LHC.

Si, experimentos de altas energías, nos pueden llevar a confirmar el Campo de Higgs, ¿lo habrán hecho ya realmente?

Como ejemplo fundamental, de la misma forma que los campos electromagnéticos están compuestos de fotones, los campos de Higgs están compuestos de partículas que, de forma nada sorprendente, se han dado en llamar partículas de Higgs. Los cálculos teóricos han demostrado que existe un océano de Higgs que permea el espacio y, debería haber partículas de Higgs entre los restos de colisiones de altísimas energías que ya han tenido lugar en el Gran Colisionador de Hadrones, ese acelerados de átomos de gigantescas proporciones que, de momento ha utilizado la energía que proporcionan 7 TeV y, se propone, por estas fechas, hacer la prueba con 8 TeV.

Claro que, el marco teórico que lleva en vigor unas pocas decenas de años, se vendría abajo, se derrumbaría como un viejo edificio si, finalmente, no se encontrara el océano de Higgs repletos de bosones que proporcionan masa a las otras partículas.

Así que, en bien de la Física en particular y de la Ciencia en General, esperémos que la Noticia que ha saltado en todos los medios del mundo, sea un fiel reflejo de la realidad de esa Naturaleza tan profundamente escondida en los misteriosos “Campos de Higgs” que nos habla del origen de la materia.

emilio silvera

 

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Esta entrada fue publicada el jueves, 5 de julio de 2012 a las 6:47 y está clasificada bajo: Física Cuántica. Puede hacer un seguimiento de los comentarios de esta entrada gracias al feed RSS 2.0. Puede dejar un comentario, o enviar un trackback desde su sitio.
 


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