Bosón de Higgs

EL BOSÓN DE HIGGS, O “PARTÍCULA DE DIOS”, O “PARTÍCULA DIVINA”
El CERN detecta una nueva partícula que podría ser el bosón de Higgs. Se trata de
la primera partícula elemental descubierta desde 1994 y supone un hito en el
entendimiento de la naturaleza.
Registro del CMS que pudiera ser la firma de la partícula de Higgs / CERN (AFP)
El descubrimiento del bosón de Higgs en el acelerador LHC, del Laboratorio Europeo de
Física de Partículas (CERN), en Ginebra (Suiza), al que pertenecen 20 países, incluida
España, es un importante descubrimiento para comprender la formación del universo. El
bosón de Higgs es una partícula elemental que se llevaba buscando varias décadas
porque era la pieza que faltaba para explicar cómo funcionan las partículas elementales
que forman toda la materia del universo.
Los físicos anunciaron su hallazgo el 4-7-12, en el auditorio del CERN, en el que estaba
presente Peter Higgs, el veterano físico teórico de 83 años, en cuyo honor se bautizó la
partícula. Los científicos han explicado que han encontrado una nueva partícula y que se
trata de un bosón, el más pesado jamás encontrado, con masa en torno a 125-126
Gigaelectronvoltios (GeV), sin afirmar que se trate con toda seguridad del bosón
Higgs, predicho en el Modelo Estándar. El grado de confianza estadística ha sido superior
al 99,99994%, por lo que existe una gran seguridad en el descubrimiento de la nueva
partícula. De confirmarse el hallazgo, el bosón de Higgs sería la primera partícula
elemental descubierta desde el año 1994 (entonces fue el quark cima o Top Quark) y
supondría un hito en el entendimiento de la naturaleza que permitirá descifrar los
misterios del universo, tales como la “materia oscura” (propuesta por Fritz Zwicky, en
1933, ante la evidencia de una "masa no visible", que influía en las velocidades orbitales
de las galaxias).
La materia está formada por átomos, y los átomos contienen otras partículas más
pequeñas (protones, neutrones, electrones…), algunas de las cuales están formadas por
otras aún más pequeñas llamadas quarks. Para encontrar nuevas partículas, los
científicos las aceleran a una gran energía y las hacen chocar entre ellas en grandes
aceleradores. Como la energía y la masa deben conservarse, si falta masa o energía al
final del proceso es porque debe haberse creado una nueva partícula. Así se dedujo la
existencia del neutrino y ahora la del bosón de Higgs.
Entre 1970 y 1973, la Física desarrolló una teoría fundamental sobre la composición de la
materia y de las fuerzas que la rigen, conocida como Modelo Estándar, debida
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básicamente al físico escocés Peter Higgs, la cual podía explicar el mecanismo por el que
se origina la masa.
El Modelo estándar de la física de partículas es una teoría que describe las partículas
elementales que componen toda la materia y las interacciones fundamentales que
se producen entre ellas (Interacción gravitatoria, electromagnética, nuclear fuerte y
nuclear débil). Esta teoría basada en la mecánica cuántica y teoría de la relatividad
especial de Einstein, no era completa, debido a que no incluía la interacción gravitatoria,
la cuarta interacción fundamental, por lo que no podía explicar por qué algunas
partículas tienen masa y otras no.
A altas energías, la fuerza débil y el electromagnetismo se comportaban igual, pero a
bajas energías su comportamiento era muy diferente. La partícula responsable del
electromagnetismo, el fotón, no tenía masa, pero las partículas responsables de la
interacción débil, llamadas bosones W y Z, tenían una masa enorme. Es decir, a altas
energías se comportaban igual que el fotón, como si no tuvieran masa, pero a bajas
energías no. La pregunta que surgió entonces era aún más interesante. Ya sabíamos de
qué están hechas las cosas y cómo permanecen unidas pero, ¿por qué tienen masa las
partículas?
En 1964, un físico británico llamado Peter Higgs propuso una solución que otros
desarrollarían más tarde: existía un campo, invisible pero presente en todo el
universo, desde el Big Bang, que era el responsable de darle masa a la materia. Para
entenderlo, imaginemos el universo como una gigantesca piscina. Todo lo que avanza
en el agua se encuentra una resistencia, luego el agua (el campo de Higgs) es lo que les
da la masa. Para las partículas que no tienen masa (como los fotones de la luz), el agua
es totalmente transparente y no ofrece resistencia alguna, como si no existiera. Para las
partículas que tiene una masa pequeña (por ejemplo, unos delfines) se mueven con un
poco más de dificultad, pero sin apenas interactuar con el líquido. Por último, las
partículas que tienen una gran masa (por ejemplo, unos hipopótamos) encuentran mucha
resistencia en su movimiento. Igual que el agua está compuesta de moléculas, ese campo
de Higgs está compuesto de una serie de partículas hipotéticas, conocidas como
bosones de Higgs. Otro ejemplo, podría ser el de una playa por la que avanzara un
vendedor de helados con su carrito y que estuviera llena de niños invisibles. Los críos se
arremolinarían en torno a él y le impedirían avanzar, dándole masa. En este caso los
niños serían los bosones de Higgs.
El Modelo estándar de física de partículas describe 18 partículas que forman la
materia y las fuerzas que rigen sus interacciones. El bosón de Higgs completaría la
colección de estas 18 partículas fundamentales requeridas por el modelo. Esta partícula
fundamental sería la responsable de dotar de masa al resto de bosones y fermiones
fundamentales, al acoplarse a ellos por medio del Mecanismo de Higgs. Es decir, gracias
al bosón de Higgs se puede explicar por qué el fotón no tiene masa y si la tienen los
bosones pesados (W y Z). El bosón de Higgs genera un campo a través del cual las
partículas fundamentales, como los quarks, adquieren masa por la interacción de esas
partículas con dicho campo. Pero además, este campo interacciona consigo mismo y
produce el bosón de Higgs, o sea, que las partículas adquieren masa al interaccionar con
el llamado campo de Higgs.
El descubrimiento de las partículas elementales tienen una gran importancia, aunque su
beneficio no es inmediato, ya que se necesita un cierto tiempo para encontrar teorías o
aplicaciones útiles para nuestra sociedad. Así, por ejemplo, sin el electrón, no existiría la
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química, ni la biología, es decir, no existirían los seres vivos. Y las fuerzas o interacciones
que se producen entre las partículas permiten explicar por que el Sol brilla, o por qué los
planetas girar alrededor del Sol. En definitiva, como dicen los científicos del CERN, “Si el
Higgs no existiera, usted no existiría”. Por eso, este descubrimiento no es una meta
final, sino al contrario, el inicio de una nueva etapa de exploración del universo.
Para lograrlo, los científicos han tenido que analizar billones de colisiones de protones
contra protones en el LHC, porque en esos choques a altísima energía, muy de vez en
cuando, puede generarse un bosón de Higgs. En realidad, los físicos no ven el Higgs,
porque se desintegra inmediatamente, sino los productos de esa desintegración. Ahora
hay que seguir investigando para conocer todas las características de esa nueva partícula
y poder afirmar sin lugar a dudas que se trata efectivamente del bosón de Higgs predicho
en el Modelo Estándar.
Para terminar, diremos que el nombre de “partícula divina” se debe a Leon Lederman,
ganador del Nobel de Física, que en 1996, bautizó al bosón de Higgs como "partícula
divina” en su libro “La partícula divina: si el universo es la respuesta, ¿cuál es la
pregunta?” (Editorial Crítica), porque se cree que el bosón de Higgs impregna todo el
universo y da masa al resto de las partículas subatómicas, incluyéndose a sí misma.
Cayetano Gutiérrez Pérez
(Catedrático Física y Química y Divulgador Científico)
(www.disfrutalaciencia.es, www.cayetanogutierrez.net, Twitter, Youtube)
+ información
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El CERN detecta una partícula que podría ser el bosón de Higgs
Una nueva partícula, quizás el bosón de Higgs, se filtra antes de tiempo
¡La partícula de Higgs por fin!
La 'caza' del bosón de Higgs
“Higgs no será la última partícula”
DESCARGABLE Comunicado del CERN sobre el hallazgo
Diccionario básico de términos para entender el bosón de Higgs
'La 'caza' del bosón de Higgs', por ALBERTO RUIZ JIMENO
El bosón de Higgs explicado a mi abuela
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