¿Qué es el bosón de Higgs y por qué es tan importante?

cabeza de Higgs

El bosón de Higgs es, al menos, la partícula más cara de todos los tiempos. Es una comparación un poco injusta; descubrir el electrón, por ejemplo, requirió poco más que un tubo de vacío y algo de genio genuino, mientras que encontrar el bosón de Higgs requirió la creación de energías experimentales raramente vistas antes en el planeta Tierra. El Gran Colisionador de Hadrones apenas necesita presentación, siendo uno de los experimentos científicos más famosos y exitosos de todos los tiempos, pero la identidad de su partícula objetivo principal sigue siendo un misterio para gran parte del público. Se le ha llamado la Partícula de Dios, pero gracias a los esfuerzos de literalmente miles de científicos, ya no tenemos que confiar en su existencia.

¿Por qué el Higgs ha sido objeto de tanta publicidad, financiación y (mala) información? Por dos razones. Uno, fue la última partícula de resistencia que permaneció oculta durante la búsqueda para verificar la precisión del Modelo Estándar de Física. Esto significó que su descubrimiento validaría más de una generación de publicación científica. Dos, el Higgs es la partícula que le da a otras partículas su masa, lo que la hace de importancia central y aparentemente mágica. Tendemos a pensar en la masa como una propiedad intrínseca de todas las cosas, pero los físicos creen que sin el bosón de Higgs, la masa fundamentalmente no existe.

Algunos han afirmado que Homer Simpson predijo el bosón de Higgs a través de Matt Groening.

Algunos han afirmado que Homer Simpson predijo el bosón de Higgs a través de la propensión de Matt Groening a ocultar una física muy creíble en Los Simpson.



La razón se remonta a algo llamado campo de Higgs. En realidad, este campo se teorizó antes que el propio bosón de Higgs, ya que los físicos calcularon que para que sus teorías y observaciones coincidieran, era necesario imaginar un nuevo campo que existiera en todas partes del universo. Apuntalar las teorías existentes inventando nuevos componentes teóricos del universo es peligroso, y en el pasado llevó a los físicos a plantear la hipótesis de un éter universal, pero cuanto más matemáticas hacían, más se daban cuenta de que el campo de Higgs simplemente tenía que ser real. ¿El único problema? Por la forma en que lo habían definido, el campo de Higgs sería prácticamente imposible de observar.

Se pensaba que el campo de Higgs era responsable del hecho de que algunas partículas que no deberían tener masa sí la tuvieran. Es, en cierto sentido, el medio universal que separa las partículas sin masa en diferentes masas. Esto se llama ruptura de simetría, y a menudo se explica mediante una analogía con la luz: todas las longitudes de onda de la luz viajan a la misma velocidad en el medio del vacío, pero en el medio de un prisma, cada longitud de onda se puede separar del blanco homogéneo. luz en bandas de diferentes longitudes de onda. Por supuesto, esta es una analogía defectuosa, ya que todas las longitudes de onda de la luz existen en la luz blanca, seamos capaces o no de ver ese hecho, pero el ejemplo muestra cómo se cree que el campo de Higgs crea masa a través de la ruptura de la simetría. Un prisma rompe la velocidad-simetría de diferentes longitudes de onda de luz, separándolas así, y se cree que el campo de Higgs rompe la masa-simetría de algunas partículas que de otra manera no tienen masa simétricamente.

La (a) boca del Gran Colisionador de Hadrones.

La (a) boca del Gran Colisionador de Hadrones.

No fue hasta más tarde que los físicos se dieron cuenta de que si el campo de Higgs existía, su acción requeriría la existencia de una partícula portadora correspondiente, y las propiedades de esta partícula hipotética eran tales que realmente podríamos observarla. Se creía que esta partícula pertenecía a una clase llamada bosones; manteniendo las cosas simples, llamaron bosón de Higgs al bosón que acompañaba al campo de Higgs. Es un llamado 'portador de fuerza' para el campo de Higgs, al igual que los fotones son un portador de fuerza para el campo electromagnético del universo; los fotones son, en cierto sentido, excitaciones locales del campo EM y, en ese mismo sentido, el bosón de Higgs es una excitación local del campo de Higgs. Probar la existencia de la partícula, con las propiedades que los físicos esperaban en función de su comprensión del campo, era efectivamente lo mismo que probar la existencia del campo directamente.

Ingrese, después de muchos años de planificación, al Gran Colisionador de Hadrones (LHC), un experimento lo suficientemente masivo como para falsificar potencialmente la teoría del bosón de Higgs. El bucle de 17 millas de electroimanes superpoderosos puede acelerar las partículas cargadas a fracciones significativas de la velocidad de la luz, provocando colisiones lo suficientemente violentas como para romper estas partículas en componentes fundamentales y deformar el espacio alrededor del punto de impacto. Con una energía de colisión lo suficientemente alta, se calculó que los científicos básicamente podrían sobrecargar el bosón de Higgs, empujándolo hacia un estado de energía en el que se descompondría en formas que nosotros lata observar. Estas energías eran tan grandes que algunos incluso entraron en pánico y dijeron que el LHC destruiría el mundo, mientras que otros fueron tan lejos como para describir una observación del Higgs como un vistazo a una dimensión alternativa.

Como puede ver en este cuadro de la composición del universo, comprender la materia oscura y la energía oscura es fundamental para comprender nuestro universo.

Como puede ver en este cuadro de la composición del universo, comprender la materia oscura y la energía oscura será fundamental para comprender nuestro universo.

Las observaciones iniciales parecían realmente falsificar predicciones, y no se pudo encontrar ninguna señal del Higgs, lo que llevó a algunos investigadores que habían hecho campaña por el gasto de miles de millones de dólares a salir a la televisión y presentar dócilmente el argumento verdadero, pero insatisfactorio, de que falsificar una teoría científica es tan importante como confirmar eso. Sin embargo, con un poco más de tiempo, las mediciones comenzaron a sumarse, y el 14 de marzo de 2013 el CERN oficialmente anunciado la confirmación del bosón de Higgs. Incluso hay alguna evidencia que sugiere la existencia demúltipleBosones de Higgs, pero esa idea necesita un estudio más profundo.

Entonces, ¿qué sigue para la partícula de Dios? Bueno, el LHC reabrió recientemente con actualizaciones significativas, y tiene un ojo para mirar todo, desde la antimateria hasta la energía oscura. Se cree que la materia oscura interactúa con la materia regular únicamente a través del medio de la gravedad, y al crear masa, el bosón de Higgs podría ser crucial para comprender exactamente cómo. El principal defecto del Modelo Estándar es que no puede dar cuenta de la gravedad, una que podría hacerlo se llamaría Gran Teoría Unificada, y algunos teorizan que la partícula / campo de Higgs podría ser el puente que los físicos tan desesperadamente desean.

En cualquier caso, el Higgs realmente sólo se confirma que existe; todavía no se comprende de forma remota. ¿Confirmarán los experimentos futuros la supersimetría y la idea de que el bosón de Higgs podría decaer en materia oscura en sí? ¿O confirmarán cada pequeña predicción del Modelo Estándar sobre las propiedades del bosón de Higgs y, paradójicamente, terminarán con todo ese campo de estudio de una vez por todas?

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