Se anuncia el posible descubrimiento del Higgs

A estas alturas probablemente ya todos escucharon la noticia. Después de años de búsqueda, se  presume que se ha encontrado el famoso bosón de Higgs, el descubrimiento más importante en la física de partículas en décadas. En esta entrada vamos a intentar explicar que significan algunos de los términos que seguramente ya escucharon, como qué rayos son los sigmas, los electronvolts, los bosones, etc.

También vamos a ver un poco por qué es tan importante este descubrimiento, que implica y algunas de las consecuencias más importantes.

La noticia

“Observamos en nuestros datos claros signos de una nueva partícula, al nivel de 5 sigma, en la región de masa alrededor de 126 GeV. El excepcional rendimiento del LHC y ATLAS y los enormes esfuerzos de mucha gente nos han llevado hasta este emocionante punto”, dice la portavoz del experimento ATLAS Fabiola Gianotti, “pero hace falta un poco más de tiempo para preparar estos resultados para su publicación”.

Hay que aclarar un pequeño detalle. Aunque se sabe que la partícula descubierta es un bosón, y que es consistente con el bosón de Higgs, es posible que se trate de otra partícula. El siguiente paso es observar sus propiedades y ver si en efecto concuerda con las predichas para el bosón de Higgs. Lo más seguro es que en efecto se trate del Higgs, pero en la ciencia siempre hay que tener rigurosidad y certeza cuando se afirman cosas como estas. Aún si no lo fuera, lo más seguro es que sea una partícula con propiedades muy parecidas al bosón de Higgs.

¿Cómo se detectó el Higgs?                      

El modelo estándar de la física de partículas es una teoría que describe como se relacionan las interacciones entre las partículas fundamentales. Esta teoría es consistente con la mecánica cuántica y la relatividad espacial y hasta la fecha casi todas sus predicciones se han confirmado.

El mundo cuántico es muy extraño y fascinante. Algo que ocurre con mucha frecuencia  es que algunas partículas pueden desintegrarse en otras partículas. En particular, el modelo estándar predice que el bosón de Higgs se puede desintegrar de varias formas. Por ejemplo a veces dejará  2 fotones, a veces 2 bosones W, etc.

En el experimento que se realizaba el CERN se hacían colisionar millones de partículas subatómicas a altas energías, buscando que en algunas de ellas se produjera un bosón de Higgs. Una fracción de segundo después, este se desintegraría,  y con suerte, los detectores encontrarían las partículas que dejó.

Colisión entre protones en el CERN

En estadística una forma de medir que tan confiable es un resultado es por medio de las sigmas. Por ejemplo, un resultado con una confianza de 2 sigmas, significa que hay un error de casi el 3%. Eso está muy bien para una encuesta por ejemplo, pero si lo que está en juego es nuestra comprensión del universo entonces tenemos que tener una seguridad casi total. Una seguridad de 5 sigmas, significa que hay una posibilidad de error de ¡uno entre tres millones!

Otros términos, ¿Qué es un bosón? ¿Qué es un electronvolt?

Hay 2 tipos básicos de partículas fundamentales, los fermiones y los bosones. Todas las partículas fundamentales tienen una propiedad intrínseca llamada “espín”. Si una partícula tiene un espín entero (0,1,2,…) se dice que es un bosón, si en cambio es semi-entero (1/2, 3/2,…) se dice que es un fermión. Los fermiones se consideran los constituyentes básicos de la materia e interactúan entre ellos por medio de los bosones. A ver, vamos a explicar esto con un poco más de detalle.

Hay 4 fuerzas (o interacciones) fundamentales en el Universo: La fuerza de gravedad, la fuerza electromagnética, la fuerza nuclear fuerte, y la fuerza nuclear débil. Cada una trabaja a distintas escalas y con diferentes magnitudes. Se dice que los bosones son los mediadores de fuerza, pues cada una de las 4 fuerzas tiene asociada un bosón.

Los fotones para la fuerza electromagnética, el gravitón (aún por descubrir) para la gravedad,  los bosones W y Z para la fuerza nuclear débil, los gluones para la fuerza nuclear fuerte. Para ilustrar esto piensen por ejemplo, ¿cómo sabe un electrón que hay un protón cerca? Bueno, lo sabe gracias a que todo el tiempo están se soltando fotones entre ellos.

El electronvoltio (eV) es una unidad de energía que se utiliza mucho en la física de partículas. Es equivalente a la energía que lleva un electrón al ser acelerado por una diferencia de potencial de un volt. Es una cantidad de energía muy pequeña, por lo que se usan mucho múltiplos como el Megaelectronvoltio(MeV ) o el Gigaelectronvoltio (GeV).

Ahora, uno de los grandes legados que nos dejó Einstein, es que la energía y la masa son 2 caras de la misma moneda (E=mc^2), por lo que cuando alguien dice que una partícula tiene una masa de 125.3 GeV, lo que está diciendo es su masa expresada en forma de energía. En términos cotidianos eso es 2.23×10^-25 kg. La ventaja de expresar las masas en términos de energía es que facilita mucho las conversiones de energía, masa cuando se habla de aniquilación o costes de producción.

El bosón de Higgs

Aunque el modelo estándar ha logrado predecir con precisión la existencia de muchas partículas padecía un terrible problema: predecía que todas las partículas tenían masa cero. Eso obviamente no era cierto, pues nosotros mismos tenemos masa. En 1964, Peter Higgs propuso que había un campo que permeaba todo el universo, y le daba su masa a las partículas: el campo de Higgs.

Una analogía que se usa a menudo es pensar en el campo de Higgs como si fuera agua. Un pez ágil y rápido como un pez espada o una barracuda, interactuaría poco con el agua y por tanto sería una partícula con poca masa. En cambio un ser humano lento y torpe como nosotros se movería lentamente y sería una partícula con mucha más masa. De la misma forma en que el agua está formada por millones de moléculas de H20, el campo de Higgs estaría formado por bosones de Higgs. ¡Nada más que teoría cuántica de campos en acción!

La busqueda del Higgs empezó desde los años 80’s, con el Tevatron del Fermilab, y luego más adelante en el CERN. Finalmente la búsqueda se intensificó con la llegada del LHC en 2010.

Consecuencias

Primero, con la existencia del Higgs se responde a la pregunta de por qué las partículas tienen masa. Esto abre la puerta a la siguiente pregunta, poder explicar por qué cada partícula individual tiene la masa que tiene.

El bosón de Higgs era la última pieza del modelo estándar que faltaba por descubrir, con lo que se convierte en posiblemente la teoría más profunda y compleja descubierta por el ser humano. Muchos presumen que estos serán los cimientos para una “teoría del todo”. Hay que recordar que el modelo estándar no ha logrado describir la gravedad, ni la materia oscura, ni el por qué hay más materia que antimateria.

Otra teoría que se ve fuertemente afectada por el descubrimiento sería la Supersimetría (SUSY), que postula que cada partícula tiene una “supercompañera” con ligeras diferencias. Es una teoría es muy atractiva pues permite unificar varias fuerzas fundamentales, además de que tiene una partícula candidata para explicar la materia oscura.

En fin, sea o no el bosón de Higgs, este ha sido un triunfo colosal por parte del CERN, y al mismo tiempo justifica una de las inversiones más grandes jamás hechas en la ciencia. El día de hoy hemos dado un paso importante en nuestra comprensión del Universo =).

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Para leer más:

El Tamiz. Esas maravillosas partículas http://eltamiz.com/esas-maravillosas-particulas/

CERN. El modelo estándar (en ingles) http://user.web.cern.ch/public/en/Science/StandardModel-en.html

Video (en ingles) sobre las 4 fuerzas fundamentales http://www.youtube.com/watch?v=K6i-qE8AigE&feature=related

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2 comentarios el “Se anuncia el posible descubrimiento del Higgs

  1. Y sin ser estudiante de física me emociona la noticia! :D
    Escuché que, de ser el Bosón de Higgs, sería un descubrimiento tan importante para la física como lo fue la estructura del DNA para la biología :D
    Denle el Nobel a Peter Higgs en el instante en que corroboren que es el bosón que buscan!

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