El bosón de Higgs, la partícula clave de la física

Ya no tiene donde esconderse
Los científicos del CERN aseguran que han hallado «indicios de su existencia

Por José Manuel Nieves / Madrid - ABC * IDEAL - 14-12-2011. WASTE MAGAZINE

Por fin los físicos empiezan a recoger los frutos de una búsqueda que dura ya casi cincuenta años. Dos de los principales detectores del gran acelerador europeo de partículas (el Atlas y el CMS) han encontrado señales que podrían delatar la presencia del esquivo bosón de Higgs, la última partícula subatómica que queda por descubrir para completar el Modelo Estándar de la Física y la que encierra, además, el secreto de por qué las demás partículas tienen masa.

La conferencia, que tuvo lugar en el auditorio principal del Laboratorio Europeo de Física de Partículas (CERN), estaba prevista para las dos de la tarde. Pero desde media mañana la sala empezó a llenarse y al mediodía no quedaba ni un solo asiento libre en todo el auditorio. Las redes sociales hervían con miles de comentarios, y no dejaron de hacerlo ni un solo momento hasta el final del acto. Cada frase, cada gesto, cada palabra de los ponentes era observada, desmenuzada y rápidamente «twiteada» por alguno de los cientos de físicos que abarrotaban la sala.
Los portavoces de los dos experimentos, Fabiola Gianotti (Atlas) y Guido Tonelli (CMS), explicaron durante más de dos horas cómo, después de analizar billones de colisiones durante varios meses, consiguieron encontrar en un puñado de ellas (menos de diez) lo que podría ser la «firma» del Higgs. El objetivo de los investigadores, tanto en el Atlas como en el CMS, no era tanto localizar el Higgs en sí como encontrar los reveladores frutos de su desintegración.

Cascada de eventos
En efecto, cuando dos protones, acelerados al 99,9 por ciento de la velocidad de la luz en direcciones contrarias, chocan dentro del acelerador producen, al desintegrarse, una «cascada» de eventos durante los que se crean y se desintegran numerosas partículas de vida muy efímera. Y algunos de esos eventos podrían corresponder al Higgs.
En apenas unas cuantas de los billones de colisiones analizadas por los investigadores durante los últimos meses se produjo un exceso (o «pico») en el número de eventos de desintegración, y en un rango de energía, además, muy determinado (alrededor de 125 Gigaelectronvoltios, o GeV). Esos «eventos extra» podrían ser, precisamente, la tan buscada «huella» del Higgs. Sin embargo, ni Gianotti ni Tonelli se atrevieron a asegurarlo con total certeza. En efecto, será necesario analizar más picos de eventos como los encontrados hasta ahora para demostrar que no se trata de simples fluctuaciones estadísticas. Algo que llevará aún varios meses de trabajo y que podría culminar con un anuncio oficial del descubrimiento del bosón de Higgs no antes de finales del próximo año.

«Es demasiado pronto para sacar conclusiones definitivas», dijo Gianotti. «A día de hoy no hay suficientes datos para ser concluyentes», afirmó, por su parte, Tonelli. En concreto, en el detector Atlas se observó una señal en el rango de los 126 GeV que sería consistente con el Higgs, mientras que en el CMS se produjo un exceso de eventos de desintegración en el rango de los 124 GeV.
«Hemos restringido la masa más probable para el bosón de Higgs a entre 116 y 130 GeV y en las últimas semanas hemos comenzado a ver un aumento de los eventos en el rango de 125 GeV», dijo Fabiola Gianotti ante un salón atiborrado de científicos y en el que reinaba la máxima expectación. «Este exceso puede deberse a una fluctuación, pero también puede ser debido a algo mucho más interesante».

Rango estrecho de energías
Por eso el anuncio de ayer fue tan importante. Incluso si al final las señales detectadas no correspondieran al bosón de Higgs, ambos experimentos las hallaron en un rango muy estrecho de energías, y lograron acotar extraordinariamente el «terreno» en el que el bosón de Higgs deberá por fin revelar su presencia. En otras palabras, si el Higgs existe, y esta vez parece ser que por fin hay indicios de que sí, ya no tiene prácticamente un lugar donde esconderse

Las cinco preguntas sobre el bosón de Higgs

¿Qué es el bosón de Higgs?
El bosón de Higgs es una partícula elemental hipotética masiva cuya existencia es predicha por el modelo estándar de la física de partículas. Desempeña un papel importante en la explicación del origen de la masa de otras partículas elementales, en particular la diferencia entre el fotón (sin masa) y los bosones W y Z (relativamente pesados). Las partículas elementales con masa y la diferencia entre la interacción electromagnética (causada por los fotones) y la fuerza débil (causada por los bosones W y Z) son críticos en muchos aspectos de la estructura microscópica (y así macroscópica) de la materia. Con esto, si la partícula existe, el bosón de Higgs tendría un enorme efecto en la física y el mundo de hoy.
Hasta la fecha, la acumulación de los datos empíricos analizados y publicados es insuficiente para confirmar totalmente la existencia del bosón de Higgs. Aunque se trata de la única partícula elemental del modelo estándar que no ha sido observada experimentalmente hasta ahora, el 13 de diciembre de 2011 el Centro Europeo de Investigación Nuclear (gracias a los experimentos en el Gran colisionador de hadrones) ha delimitado la región en la que se situaría así como la cuantificación de su masa en aproximadamente 126 Gigaelectrovoltios (GeV), señalando que los datos son insuficientes para reclamar el descubrimiento de la partícula.

¿Qué es un bosón?
Todas las partículas fundamentales que existen se dividen en dos categorías, fermiones y bosones. Los primeros son los constituyentes íntimos de la materia, mientras que los segundos transportan las varias  fuerzas de la Naturaleza. Así, mientras que un protón, un neutrón o un electrón son fermiones, otras partículas, como los fotones, los gluones o las partículas W y Z son bosones. Las tres últimas transortan, respectivamente, las unidades mínimas de las fuerzas electromagnética, nuclear fuerte y nuclear débil.

¿Cómo aporta el bosón de Higgs masa a las demás partículas?
En la década de los 60, el físico británico Peter Higgs predijo la existencia de un campo que permea todo el Universo, conocido como el "campo de Higgs". Y de la misma forma en que el fotón es el componente fundamental de los campos electromagnéticos, también debe de existir una partícula asociada al campo de Higgs. La masa de las diferentes partículas estaría causada por una “fricción” con el campo de Higgs. Las más livianas se moverían fácilmente por el campo de Higgs, mientras que las más pesadas lo harían con mucha mayor dificultad. Si no existiera el campo de Higgs, todas las partículas, sin importar su masa, se moverían a la velocidad de la luz.

¿Cómo se puede detectar el bosón de Higgs?
No es posible detectar directamente al bosón de Higgs, ya que una vez que se produce se desintegra casi instantáneamente dando lugar a otras partículas elementales más comunes. Lo que sí que puede verse son sus “huellas”, en forma de partículas resultantes de su proceso de desintegración. Eso es lo que se busca en el gran acelerador LHC.

¿Y si no se descubre el bosón de Higgs?
Habría que replantear el Modelo Estandar y lo que creemos saber sobre el origen de la masa de las partículas. La no detección del Higgs obligará a formular nuevas teorías y a explorar nuevos campos de la Física que puedan ofrecer una respuesta.

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El 4 de julio de 2012, el CERN anunció la observación de una nueva partícula «consistente con el bosón de Higgs»; pero se necesitaría más tiempo y datos para confirmarlo.1? El 14 de marzo de 2013, el CERN, con dos veces más datos de los que
disponía en su anuncio del descubrimiento en julio de 2012, se encontró que la nueva partícula se asemejaba aún más al bosón de Higgs. La manera en que interactúa con otras partículas y sus propiedades cuánticas, junto con las interacciones medidas con otras partículas, indican fuertemente que es un bosón de Higgs. Todavía permanece la cuestión de si es el bosón de Higgs del modelo estándar o quizás el más liviano de varios bosones predichos en algunas teorías que van más allá del modelo estándar.7?
El 8 de octubre de 2013 se concedió a Peter Higgs, junto a François Englert, el Premio Nobel de Física «por el descubrimiento teórico de un mecanismo que contribuye a nuestro entendimiento del origen de la masa de las partículas subatómicas, y que recientemente fue confirmado gracias al descubrimiento de la predicha partícula fundamental por los experimentos ATLAS y CMS en el Colisionador de Hadrones del CERN».
(Info Wikipedia)

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