Partícula de Higgs
Una partícula escurridiza
Lo más complicado de encontrar al bosón de Higgs, una vez que se definió y estableció su interacción con otras partículas, fue que su masa estaba justo en un valor de energía en el cual tenía posibilidad de interactuar con un gran número de partículas...
¿Pero qué será esto?
El nombre Higgs se le da a la partícula más buscada en los últimos años en los colosales experimentos de colisión de partículas. En los medios de comunicación le llaman “partícula de Dios”, este calificativo es atribuido al físico Leon Lederman (cuenta la leyenda que más bien fue su editor), quizás por ser una de las partículas relacionadas con la generación de masa de la materia a través del mecanismo conocido como mecanismo de Higgs.
Todas las partículas que se conocen se pueden diferenciar, entre otras cosas, por su masa. Pero, ¿cómo es que las partículas adquirieron esa masa? Para los electrones y los quarks1 por ejemplo, la teoría más aceptada para obtener su masa es el mecanismo de Higgs. En 2012 fue comprobada la existencia del bosón de Higgs, que es el remanente del mecanismo de Higgs. La partícula que más has visto es el fotón, la partícula de la luz, esta partícula por ejemplo no tiene masa por eso es que puede viajar a la velocidad de la luz: 300,000 km/seg.
Fue un físico inglés, Peter Higgs quien propuso la idea de que en el origen del Universo las partículas no tenían masa, como el fotón, y que en sus primeras fracciones de segundo éstas la obtuvieron al interactuar con un campo escalar, ahora llamado el campo de Higgs. El mecanismo de Higgs está basado en la teoría de un estadounidense llamado Yoichiro Nambu y del británico Jeffrey Goldstone.
¡Oh, wow! ¿Pues cómo funciona?
El mecanismo de Higgs se basa en el rompimiento espontáneo de una simetría, análogo al que se observa en un material superconductor al aplicarle un campo externo (ver figuras). Una simetría geométrica, del espacio o una simetría gráfica no es una simetría física. Una simetría física espacial implica que las fuerzas físicas que se presentan en el espacio son las mismas para cualquier dirección.
Si estas fuerzas las representamos por vectores (flechas) veremos que la distribución de vectores en una sola dirección aunque visualmente parece “más simétrico” esas fuerzas arrastrarán a un objeto hacia una dirección preferencial con mayor facilidad que hacia cualquier otra y esto realmente representa una asimetría física espacial, ver figura 1.
Bueno, ¿Y quién lo propuso?
Esto sucede por ejemplo cuando se magnetiza un material al acercarle un imán, en los experimentos con limaduras de hierro, estas representan las flechas alineadas en cierta dirección.
Cuando un sistema pasa de una distribución en todas direcciones de las fuerzas, (figura 1) a una en que las fuerzas se alinean en una determinada dirección (figura 2), decimos que el sistema experimentó un rompimiento de simetría.
Aunque rompimiento de simetría del mecanismo de Higgs es análogo al de los materiales superconductores, los fenómenos son de naturaleza distinta. El mecanismo de Higgs para generar la masa de las partículas proviene de considerar que el vacío no lo es realmente y que en algún momento en la evolución del Universo la interacción de las partículas con el vacío “selecciona” un valor de entre todos los posibles y de esta manera se rompe la simetría. Este proceso proporciona masa a las partículas.
Ah, mira. ¿Y cuándo fue todo esto?
En 1964 Peter Higgs propone el mecanismo para generar las masas de los bosones de la interracción nuclear débil: W y Z; el mismo mecanismo de masa también a los electrones y los quarks. Inicialmente su artículo es rechazado por los editores de una revista científica europea especializada por considerarlo irrelevante para la física, sin embargo una revista estadounidense acepta publicarlo. Desde entonces se predice la existencia de una partícula como residuo del mecanismo de Higgs: el bosón de Higgs. Experimentalmente se comenzo a buscar desde 1983 en grandes laboratorios tanto en EEUU como en la UE. En estos laboratorios participan científicos de muchas nacionalidades.
¿Que qué? ¿En dónde?
En el CERN (Centro Europeo de Investigación Nuclear, por sus siglas en francés), esta en Ginebra, Suiza y se extiende también dentro de Francia e Italia. Su primer acelerador fue llamado LEP (Large Electron Positron collider) el cual aceleraba y hacía chocar electrones contra anti-electrones (positrones). El LEP estuvo en funcionamiento desde 1989 hasta 2000.
Ahora el CERN ha construido el acelerador más grande del mundo: el LHC (Large Hadron Collider), para choques con una energía sin precedentes, más cercanas a las que hubo en los primeros instantes del Universo. Son colisiones de protón contra anti-protón. Está en funcionamiento desde 2008 y hasta el 2014 con una energía de 8TeV; actualmente está acelerando protones con una energía de choque de 13TeV.
Un acelerador antecesor del LHC se encuentra en EEUU, ahí también se estuvo buscado el bosón de Higgs en la primera década del s. XXI. El complejo experimental es llamado Fermilab, aquí también tienen un colisionador de protones contra anti-protones llamado Tevatron, con energía del orden de TeV pero menor que la alcanzada en el LHC. Los datos del Tevatron excluyeron las posibilidades de encontrar el Higgs en buena parte de las escalas de masa. En su momento (2010), estos resultados, se tomaron por algunos como una noticia desalentadora para la existencia del bosón del Higgs. El acelerador de Fermilab estuvo en funcionamiento desde 1983, con varias modificaciones permaneció en funcionamiento hasta Septiembre de 2011.
El análisis posterior de los datos también concluyó en la señal de un bosón escalar tal como los datos del LHC en 2012.
Ajá, pero... ¿Por qué?
Si el Universo inicia con un Big Bang, generando el espacio y el tiempo, ¿cómo es que se genera toda la materia que vemos y somos? El mecanismo de Higgs es parte de la respuesta a estas preguntas que tienen que ver con entender el origen y evolución del Universo. El Higgs estará involucrado, específicamente, con la generación de la masa.
Todo está muy bien. ¿Pero, para qué debo saber?
La ciencia básica se preocupa por intentar responder a este tipo de preguntas fundamentales sobre el origen de la masa, de la materia y, en general, de nuestro Universo. La curiosidad, el saber, el conocimiento son una característica intrínseca del ser humano, tan vital como su alimentación o su abrigo.
Sin embargo, estos grandes experimentos además de generar conocimiento básico han sido propulsores de tecnologías de punta para su funcionamiento. Sin ir más lejos, la World Wide Web (www), surgió en el CERN buscando enlazar múltiples computadoras para la adquisición y procesamiento de la enorme cantidad de datos que se obtenían. Las pantallas "touch" provienen de las investigaciones sobre materiales para detectores para estos experimentos
Lo último
¡NOTA!
Por razones históricas se conserva el nombre átomo=indivisible, pero no es indivisible; ahora sabemos que sí está compuesto de otras partículas: los electrones y en el núcleo, los protones y neutrones, estos dos últimos compuestos por quarks.
