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Jun 25 2012

El bosón de Higgs ataca de nuevo

Así se podría titular la noticia: “El Higgs ataca de nuevo”. Según declaraciones de Rolf Heuer, director del CERN (Organización Europea para la Investigación Nuclear), podría haber datos suficientes para encontrar el ya popular bosón de Higgs. A raíz de ello, y de la celebración entre los días 4 a 11 de Julio de la International Conference of High Energy Physics (ICHEP), se está especulando con la posibilidad del anuncio del esperado descubrimiento. Se apunta en una mejora de los resultados de sigma-3 (Ver post “Los científicos acorralan al bosón de Higgs“, del pasado 14 de Diciembre) a sigma-5; no obstante, de momento no hay nada firme, y hasta el próximo día 4, no saldremos de dudas. Recordemos, como ya hicimos en su momento, que es el bosón de Higgs.

El bosón de Higgs es una partícula elemental masiva, aún sin descubrir, predecida por Peter Higgs, Englert y Brout en 1964. Es el cuanto del campo de Higgs. En este caso, el campo se compone de dos componentes neutrales y dos cargados. En el campo de ambos componentes cargados y uno de los neutrales, formarían el llamado bosón de Goldstone, que no tiene masa. El otro componente neutral formaría el bosón de Higgs, cuyas principales características serían que tiene espín 0, sin momento angular, masa de 115 a 180 GeV, y sería a la vez su propia antipartícula.
El Big Bang y la teoría inflacionaria explican el Universo en expansión, y las observaciones astronómicas (sobre todo de la radiación de fondo cósmico) nos han mostrado una gran simetría existente. Durante el proceso de expansión, en el Universo se ha reducido la densidad, y por lo tanto la temperatura, lo cual ha causado una reducción de la simetría: un gas altamente caliente hace que sus partículas se muevan libremente e individualmente, las cuales al ser observadas presentan simetría, p.e. rotacional. Sin embargo, al enfriarse comienzan a aproximarse y a formar agregados, que rompen las simetrías previas. Cuando se produce una reducción de simetría (o aumento) se produce un cambio de fase (esto mismo ocurre p.e. con un cubo de hielo al calentarse y convertirse en líquido). Así, también de este modo ha ocurrido que cuando el Universo se ha enfriado, se ha reducido la simetría.
Los campos, a altas temperaturas, presentan grandes fluctuaciones de energía (imaginar un líquido hirviendo). A medida que se enfría, el campo se hace más estable y tiene a niveles bajo de energía. En este caso, los principales campos conocidos, al enfriarse el Universo tendieron a valores, en promedio, de cero. Sin embargo, un campo, el llamado campo de Higgs, no hizo igual. Éste se condenso en un valor no nulo formando el conocido como Océano de Higgs, que perméa todo el espacio. Ese valor no nulo es el que dotaría a los cuerpos de masa, al oponer resistencia a partículas como el electrón y quarks cuando aceleran o desaceleran, y dotándoles de inercia. Sería algo similar (aunque no lo mismo) a si sumergimos una piedra en un fluido viscoso.

Pero este campo también afecta a los gluones, por lo que así dota de masa a los protones y neutrones. Sin embargo el fotón no se ve afectado, por lo que no tiene masa. Si el océano de Higgs no existiese, las partículas no tendrían masa.
Se cree que el campo de Higgs se condensó al de 10^(-11) segundos después del Big Bang, cuando el Universo tenía 10^15 K, formando el océano de Higgs. Antes de ese momento había una gran fluctuación, pero de valor promedio nulo y por lo tanto las partículas tenían masa cero. En 1960 Glashow, Weinberg y Salan descubren que antes de la formación del océano de Higgs, fotones y bosones W y Z son iguales y presentan la misma simetría gauge, con lo cual hay simetría entre dichas partículas y a su vez simetría entre sus fuerzas. Esto implica, que a altas temperaturas la fuerza nuclear débil y la fuerza electromagnética son la misma. Esta unificación de fuerzas se llamó fuerza electrodébil. Sin embargo, al condensarse el campo de Higgs en el océano de Higgs, se rompe la simetría y ambas fuerzas parecen diferentes. Este descubrimiento les valió el premio Nobel en 1979.
Posteriormente se propuso la Teoría de la Gran Unificación (GUT), intentando unificar fuerza electrodébil y la nuclear fuerte. En este caso el campo de Higgs que había estaba en un Universo con temperaturas superiores a los 10^28 K. Al hablar de dos unificaciones, el campo de Higgs de la GUT se denomina campo de Higgs de gran unificación, y el de la fuerza electrodébil, campo de Higgs electrodébil.
El modelo estándar incorpora:
– familias de quark, leptones y partículas mediadoras
– Teorías cuánticas de campo para las interacciones fuerte, débil y electromagnética
– Teoría especial de la relatividad de Einstein
Para una teoría, es necesario tener poder predictivo. Por ejemplo Paul Dirac en 1928 combinó la física cuántica con la relatividad especial, obteniendo la predicción de una partícula con la misma masa que el electrón pero de carga opuesta: el positrón fue descubierto en 1933. También el modelo estándar predice la existencia de quarks, el neutrino tau, y los bosones W+, W- y Z0: todos actualmente ya han sido detectados. Pero el modelo estándar es incompleto; es necesario introducir valores desde los resultados de los experimentos.

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