Por fin se encontró el bosón de Higgs, la tan buscada “Partícula de Dios”, o es algo más?

Por fin se encontró el bosón de Higgs, la tan buscada “Partícula de Dios”, o es algo más?

Por C. Javier Solano S.

A las 9am (hora de Ginebra, Suiza) del 4 de julio de 2012, el auditorio del Laboratorio Europeo de Física de Altas Energías, el CERN, estaba lleno de científicos del área de Física de Partículas, y se encontraban ahí para escuchar atentamente un seminario científico. Esto sería algo cotidiano en el CERN sino fuese el tema del seminario, “Actualización sobre la búsqueda del bosón de Higgs en el CERN en la víspera de la Conferencia ICHEP2012”. Este auditorio está reservado para personal e investigadores de la comunidad de usuarios de este laboratorio, pero en otro auditorio del CERN un ejercito de periodistas seguía el seminario por video (video stream) esperando el momento para participar de la conferencia de prensa que seguiría al seminario. En esta conferencia de prensa estuvieron presentes el Director del CERN, los portavoces de dos de los mas grandes experimentos del Gran Colisionador de Hadrones del CERN (el LHC), el ATLAS y el CMS, y nada menos que un invitado de honor, el físico británico Peter Higgs.

Qué es y porque es importante el bosón de Higgs?

La actual teoria de la Física de Partículas es el llamado Modelo Estándar, y es la teoría mas completa y exitosa que tenemos en este campo a tal punto que se han dado cerca de 30 premios Nobel en el campo teórico y/o experimental de la Física de Partículas. Este modelo trabaja con tres de los cuatro tipos de interacción conocidos: interacción Fuerte, interacción Débil y el Electromagnetismo. La interacción que no es considerada en el Modelo Estándar, por limitaciones de la teoría, es la Gravitación.

En el Modelo Estándar las partículas son campos, y el Modelo predice la existencia de estos campos, pero sin masa (!!!). Sin embargo es un hecho experimental que la casi totalidad de las partículas elementales tiene masa (???), y con valores bien definidos.

En 1964 Peter Higgs, François Englert y Robert Brout, propusieron un mecanismo de adquisición de masa para las partículas, que mas tarde sería conocido por mecanismo de Higgs. Ellos postularon la existencia de un campo escalar que permeabiliza todo el espacio (el premio Nobel Leon Lederman la llamó Partícula de Dios por este motivo (en realidad fue el editor de su libro ya que Lederman la había llamado The Goddam Particle, La Partícula Maldita)). Cuando los otros campos interactuan con este campo de Higgs, “chupan” parte de su energía y adquieren masa. Mientras mayor sea la interacción con el campo de Higgs, mayor será la masa que adquieran. En ese modelo, el electrón sería una de las partículas elementales con interacción mas débil con el campo de Higgs.

Steven Weinberg y Abdus Salam aplicaron el mecanismo de Higgs a la ruptura espontánea de simetría electrodébil. La teoría electrodébil predice una partícula neutra cuya masa no sea muy lejana de la de los bosones W y Z. Weinberg, Salam, junto con Sheldon Glashow, recibieron el premio Nobel de Física en 1979 por combinar el Electromagnetismo y la interacción Débil en el Modelo Electrodébil.

El «Bosón de Higgs» no solo desempeña un papel importante en la explicación del origen de la masa de otras partículas elementales, y en particular la diferencia entre la interacción electromagnética (causada por los fotones sin masa) y la fuerza débil (causada por los bosónes W y Z, con masa relativamente alta), algo que es crítico en muchos aspectos de la estructura microscópica y macroscópica de la materia, sino que es la ultima pieza que falta (algo así como el Santo Grial) en el Modelo Estándar.

Evidencia experimental

El Modelo Estándar no predice el valor de la masa del bosón de Higgs, por lo que hay que medirla experimentalmente. Si su masa está entre 115 y 180 GeV, entonces el Modelo Estándar puede ser válido hasta la escala de energía de Planck (1016 TeV). El valor más alto de masa permitida en el bosón de Higgs (o en alguna ruptura espontánea de simetría electrodébil) es de 1 TeV; caso contrario el modelo estándar se vuelve inconsistente. Modelos de Supersimetría, una extensión del Modelo Estándar, predicen que el bosón de Higgs tendrá una masa en torno a unos 120 GeV o menos.

Este 4 de julio el director del CERN y los portavoces de ATLAS y CMS, los mayores experimentos en el LHC, han anunciado la existencia de un significativo exceso de eventos de colisión con una masa en torno a 125 GeV, lo que demuestra la existencia de una nueva partícula con una señal con mas de 5 sigmas de precisión (termino técnico que nos indica que hay una probabilidad de 0.00003% de que sea un error estadístico. Esta partícula es compatible con las propiedades de decaimiento del bosón de Higgs postulada en el Modelo Estándar, y aunque aun faltan mas estudios y datos para afirmar que es el bosón de Higgs, definitivamente ahi hay un gran descubrimiento.

Existe solo un tipo de bosón de Higgs?

El Modelo Estándar es conocido como el modelo 3-2-1 porque las simetrías que incluye en los sectores Fuerte-Débil-Electromagnético. Existen extensiones del Modelo Estándar que trabajan con algunas alternativas. En la Facultad de Ciencias de la Universidad Nacional de Ingeniería, en el Grupo de Física Fundamental, liderado por el Dr. Orlando Pereyra, trabajamos en el Modelo 3-3-1 que predice la existencia de varios tipos de bosón de Higgs, cargados y neutros. Solo los futuros resultados experimentales podrán verificar la validez o no, de este y otros modelos.

Existe en verdad el bosón de Higgs? Es el mecanismo necesario para adquirir masa?

Existen argumentos fuertes en contra de la existencia del bosón de Higgs:

El Modelo Estándar predice campos sin masa. El mecanismo de Higgs de formación de masa fue un “parche” a la teoría.
Esta en aparente “contradicción” con la teoría de Relatividad General de Einstein, ya que adquisición de masa implicaría formación de gravedad por un mecanismo diferente a la teoría, bastante bien comprobada, de Einstein.
El propio Stephen Hawking apostó que nunca encontrarían la partícula de Higgs, pero en vista de los últimos resultados ha declarado que debería dársele el premio Nobel a Peter Higgs.
Solo mas estudios confirmarán si en realidad es el tan buscado bosón de Higgs pero lo cierto es que estamos ante un gran descubrimiento. Es un acontecimiento histórico para la Física de Partículas y la ciencia en general.

Artículos relacionados:

Missing Higgs: http://public.web.cern.ch/public/en/science/higgs-en.html

Higgs within reach http://public.web.cern.ch/public/

CERN experiments observe particle consistent with long-sought Higgs boson http://press.web.cern.ch/press/PressReleases/Releases2012/PR17.12E.html

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