¿Qué es el bosón de Higgs? (CPAN, 03/07/12)
El bosón de Higgs es un tipo de partícula elemental que se cree tiene
un papel fundamental en el mecanismo por el que se origina la masa de
las partículas elementales.
Sin masa, el Universo sería un lugar muy diferente. Si el electrón no
tuviera masa no habría átomos, con lo cual no existiría la materia como
la conocemos, por lo que tampoco habría química, ni biología ni
existiríamos nosotros mismos.
Para explicar por qué unas partículas tienen masa y otras no, el
físico británico Peter Higgs postuló en los años 60 del siglo XX un
mecanismo que se conoce como el "campo de Higgs". Al igual que el fotón
es el componente fundamental de la luz, el campo de Higgs requiere la
existencia de una partícula que lo componga, que los físicos llaman
"bosón de Higgs". Ésta es la última pieza que falta para completar el
Modelo Estándar de Física de Partículas, que describe todo lo que
sabemos de las partículas elementales que forman todo lo que vemos y
cómo interaccionan entre ellas.
El campo de Higgs sería una especie de continuo que se extiende por
todo el espacio, formado por un incontable número de bosones de Higgs.
La masa de las partículas estaría causada por una "fricción" con el
campo de Higgs, por lo que las partículas más ligeras se moverían por
este campo fácilmente mientras que las más pesadas lo harán con mayor
dificultad.
La confirmación o refutación de la existencia del bosón de Higgs es
uno de los objetivos del Gran Colisionador de Hadrones (LHC, por sus
siglas en inglés), el mayor y más potente acelerador de partículas del
mundo que opera la Organización Europea para la Investigación Nuclear
(CERN) en la frontera franco‐suiza, cerca de Ginebra (Suiza).
El bosón de Higgs no se puede detectar directamente, ya que una vez
que se produce se desintegra casi instantáneamente dando lugar a otras
partículas elementales más habituales. Lo que se pueden ver son sus
"huellas", esas otras partículas que sí podrán ser detectadas en el LHC.
Historia de su búsqueda:
La búsqueda del bosón de Higgs se inició hace décadas en aceleradores
de partículas como el LEP del CERN o Tevatron de FERMILAB (Estados
Unidos), ambos ya cerrados. Debido a que la teoría no establece la masa
del bosón de Higgs sino un amplio rango de valores posibles, se
requieren aceleradores muy potentes para explorar este nuevo territorio
de la Física. El LHC es la culminación de una "escalada energética"
dirigida a descubrir el bosón de Higgs en los aceleradores de
partículas, que ha permitido hasta el momento excluir que tenga una masa
menor a la equivalente a unas 115 veces la del protón.
Los últimos resultados obtenidos en el LHC y presentados en diciembre
de 2011, mostraron que el rango de masas más probable está entre los
116 y los 130 GeV (gigaelectronvoltios), según el experimento ATLAS, y
entre 115 y 127 GeV, según el experimento CMS. Lo más interesante es que
los dos grandes experimentos del LHC, que fueron diseñados entre otras
cosas para detectar el bosón de Higgs predicho en el Modelo Estandar,
vieron indicios de su presencia en la región comprendida entre los 124 y
los 126 GeV.
Sin embargo, estos datos aún no se pueden considerar un
descubrimiento, ya que no tienen la suficiente significación estadística
como para ser considerados firmes. Esta significación estadística, que
los físicos miden en "desviaciones estándar", depende de la cantidad de
datos acumulada: cuanto mayor sea este número, que se mide en una unidad
llamada "femtobarn inverso", mayor es la probabilidad de que una medida
en Física de Partículas sea considerada un auténtico descubrimiento.
Los datos de ATLAS y CMS se obtuvieron a partir de 5 femtobarn
inversos de datos obtenidos desde el inicio de las colisiones en el LHC
en 2010. Para finales de 2012 los físicos del CERN esperan logran la
cantidad suficiente de datos como para poder comprobar o descartar
definitivamente la existencia del bosón de Higgs tal y como lo predice
el Modelo Estándar. Por fin parece que la respuesta al enigma de su
existencia tiene los días contados.
Hoy (El País, 04/07/12):
Los científicos del Laboratorio Europeo de Física de Partículas (CERN),
junto a Ginebra, han descubierto una nueva partícula que podría ser el
bosón de Higgs, según ha anunciado esta mañana el CERN en la
presentación de los últimos datos del acelerador de partículas LHC.
Joe Incandela, portavoz de uno de los dos equipos a la búsqueda de la
partícula de Higgs, ha dicho en el auditorio del CERN: "Es un resultado
preliminar pero pensamos que es muy contundente y sólido".
El mecanismo de Higgs es una propuesta teórica de hace ya medio siglo
que permitiría explicar por qué tienen masa las partículas elementales
que tienen masa; es la última pieza que falta en el Modelo Estándar que
describe las partículas y las interacciones entre ellas.
Mientras los físicos ultimaban los análisis de los datos, los nervios
parece que jugaron ayer una mala pasada a los responsables de preparar
la información pública con la filtración indebida de un vídeo. "Hemos
observado una nueva partícula... Tenemos fuerte evidencia de que hay
algo ahí", dice Joe Incandela, el portavoz de CMS, uno de los grandes
detectores del acelerador de partículas LHC, en el vídeo hecho público ayer por la tarde, seguramente por error, antes de tiempo, ya que se retiró inmediatamente del acceso público, según informó Science News.
La presentación de los últimos resultados del CMS y del otro gran
detector del LHC, Atlas, se produce tras un par de semanas de rumores y
secretos en la comunidad internacional de física de partículas. A
finales del año pasado, los científicos del CERN ya anunciaron que
tenían indicios de la existencia de la partícula de Higgs.
La física de partículas es una ciencia de altísima precisión y los
expertos solo aceptan haber descubierto algo cuando han descartado todas
las posibles señales equívocas y fluctuaciones estadísticas de sus
experimentos.
Vídeos:
El campo de Higgs
El bosón de Higgs
¿Finalmente se ha descubierto? (El País, 04/07/12)
La presentación de los últimos datos del LHC ha comenzado apenas pasadas
las nueve de la mañana en el auditorio del Laboratorio Europeo de
Física de Partículas, junto a Ginebra. La sala ya estaba atestada de
público desde una hora antes, ante la enorme expectación creada. Entre
los asistentes estaba el físico británico Peter Higgs,
quien da nombre al bosón, uno de los científicos que predijo su
existencia en los años 60. Su entrada en el auditorio ha sido recibida
con un estruendoso aplauso, cinco minutos antes del comienzo de la
conferencia, que arrancaba con un "esta es la presentación de los
últimos resultados de la búsqueda de una cierta partícula.., he olvidado
el nombre", a manos del director del CERN, Rolf Heur. El nuevo bosón
tiene una masa de 125,3 más/menos 0,6 gigaelectronvoltios (GeV), con un
valor de 4.9 sigma, cifra esta última que indica una elevada certeza de
que el resultado es fiable. Oficialmente un descubrimiento tiene que
tener un valor de 5 sigma, y este se acerca demasiado.
"Hemos franqueado una nueva etapa en nuestra compresión de la naturaleza", señala el propio Heur en un comunicado
difundido por el CERN tras la presentación en Ginebra. El
descubrimiento "abre la vía a estudios más reposados que exigen más
estadísticas y que establecerán las propiedades de la nueva partícula",
añade la nota. "Esta partícula debería levantar el velo sobre otros
misterios del universo", según el CERN.
Tras el anuncio de Incandela del hallazgo del nuevo bosón, la
italiana Fabiola Gianotti, una mujer siempre inquieta pero que se ha
mostrado más tranquila que su colega de CMS, ha avanzado los resultados
de Atlas, el otro de los dos grandes detectores del LHC. Atlas ha
hallado también una nueva partícula con masa 126.5 gigaelectronvoltios,
con 5 sigma, lo que significa descubrimiento. Con un "gracias,
naturaleza", Gianotti ha cerrado su discurso. Los datos tanto de CMS
como de Atlas son muy similares. No obstante, advierten algunos
expertos, habrá que seguir investigando para estar completamente seguros
de que la nueva partícula descubierta es efectivamente el bosón de
Higgs.
Tras la intervención de Gianotti, Peter Higgs se ha levantado y,
tomando el micrófono, en medio de vítores, ha declarado: "Estoy
extraordinariamente impresionado por lo que han logrado; mis
felicitaciones a todos los implicados en este increíble logro. Es una
enorme felicidad haberlo podido vivir".
El Higgs es un mecanismo complicado de explicar para profanos, pero
los físicos hacen intentos -algunos eficaces- para hacerse entender. Uno
de esos intentos lo recoge el también físico teórico del CERN, Gian
Francesco Giudice, en su libro A Zeptospace Odyssey. La idea es
que existe algo por ahora desconocido que se llama campo de Higgs y que
las partículas que tienen masa la adquieren precisamente al
interaccionar con ese algo. Giudice recurre al símil del agua en la que
nadan delfines y se bañan hipopótamos: para las partículas que no tienen
masa, como el fotón, el agua es totalmente transparente, como si no
existiera; las que tienen masa, pero poca, se deslizan fácilmente sin
apenas interactuar con el líquido, como los defines; y las más masivas,
como los hipopótamos, se mueven sumergidos con dificultad. "La masa de
una partícula elemental es una medida de la fuerza de su interacción con
el campo de Higgs", señala Guidice. Y el campo de Higgs se expresa, en
determinadas condiciones, como una partícula nueva, el famoso bosón.
¿Por qué podría surgir precisamente en el LHC?
"La teoría que predice la existencia del Higgs (el modelo estándar)
deja de ser autoconsistente si su masa es superior a un cierto valor
máximo, y los protones que el LHC acelera y hace colisionar tienen
energía más que suficiente para producir partículas de Higgs incluso si
tienen la masa máxima. Por eso, si el LHC no lo encuentra es que la
hipótesis de su existencia es falsa", explica De Rújula.
