"PARTICULAS DIVINAS" O " PARTICULAS DE DIOS"

Bosón de Higgs



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El bosón de Higgs es una partícula elemental (que posee masa) cuya existencia fue 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 (que no posee masa) y los bosones W y Z que poseen una masa relativamente alta. 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 críticas en muchos aspectos de la estructura microscópica y macroscópica de la materia. Una partícula "coherente" con el bosón de Higgs fue descubierta el 4 de julio de 2012 por los científicos pero todavía hacen falta verificaciones para saber si se trata o no de la “partícula de Dios”, indicó la Organización Europea para la Investigación Nuclear (CERN). “Hemos superado una nueva etapa en nuestra comprensión de la naturaleza”, dijo en un comunicado el director general del CERN, Rolf Heuer. “El descubrimiento de una partícula cuyas características son coherentes con las del bosón de Higgs (la pieza que falta en la teoría de las partículas elementales) abre la vía a estudios más profundos y se necesitarán más estadísticas para establecer las propiedades de una nueva partícula”, añadió. Con esto, si la partícula existe, el bosón de Higgs tendría un enorme efecto en la física y el mundo de hoy.^[1] Los bosones de Higgs se denominan a veces las 'partículas de Dios' o 'partículas divinas', a raíz del título de un libro de divulgación científica escrito por Leon Lederman, laureado con el Nobel de Física en 1988.

El 13 de diciembre de 2011 el Centro Europeo de Investigación Nuclear (CERN) anunció que los experimentos en el Gran colisionador de hadrones (LHC) delimitaban la región en la que se situaría así como la cuantificación de su masa en aproximadamente 126 GeV/c² (Gigaelectronvoltio), señalando que los datos eran insuficientes para reclamar el descubrimiento de la partícula.^{[2] [3]}

El 4 de julio de 2012 se presentaron los resultados preliminares de los análisis conjuntos de los datos tomados en 2011 y 2012. Los dos principales experimentos del acelerador (ATLAS y CMS) anunciaron la observación de una nueva partícula «compatible con el bosón de Higgs», con una masa de unos 125 GeV/c².^[4]




2010 APS J.J. Sakurai Premio - Kibble, Guralnik, Hagen, Englert, Brout.
El mecanismo de Higgs, lo que da masa al vector bosón, fue planteado teóricamente en 1964 por Peter Higgs, François Englert y Robert Brout (quienes trabajaban en las ideas de Philip Anderson), e independientemente por G. S. Guralnik, C. R. Hagen y T. W. B. Kibble.^[5] Higgs -en un comentario añadido a una carta dirigida a la Physical Review- propuso que la existencia de una partícula escalar masiva podría ser una prueba de la teoría.^{[6] [7]} Steven Weinberg y Abdus Salam fueron los primeros en aplicar el mecanismo de Higgs a la ruptura espontánea de simetría electrodébil. La teoría electrodébil predice una partícula neutra cuya masa no sea muy lejana de la de los bosones W y Z.

Contenido [ocultar] <LI class="toclevel-1 tocsection-1">1 Visión teórica general <LI class="toclevel-1 tocsection-2">2 Investigación experimental <LI class="toclevel-1 tocsection-3">3 Alternativas al mecanismo de Higgs para la ruptura espontánea de simetría electrodébil <LI class="toclevel-1 tocsection-4">4 Observación de una resonancia en los 115 GeV <LI class="toclevel-1 tocsection-5">5 Masa hipotética del bosón de Higgs <LI class="toclevel-1 tocsection-6">6 En la ficción <LI class="toclevel-1 tocsection-7">7 Véase también <LI class="toclevel-1 tocsection-8">8 Referencias <LI class="toclevel-1 tocsection-9">9 Bibliografía adicional 10 Enlaces externos

[editar] Visión teórica general


La particula llamada bosón de Higgs es un cuanto de uno de los componentes del campo de Higgs. En un espacio vacío, el campo de Higgs adquiere un valor esperado de vacío (VEV) diferente de cero que permanece constante en el tiempo y en todo lugar del universo. El VEV de un campo de Higgs es constante e igual a 246 GeV. La existencia de un VEV no nulo tiene una importancia fundamental: da una masa a cada partícula elemental, incluido el mismo bosón de Higgs. En particular, la adquisición espontánea de un VEV diferente de cero rompe la simetría gaugiana electrodébil, un fenómeno conocido como el mecanismo de Higgs. Este es el simple mecanismo capaz de dar masa a un bosón de gauge que es también compatible con la teoría de campo de gauge.

En el modelo estándar, un campo de Higgs consiste en dos campos neutrales y dos cargados. Los dos componentes cargados y uno del neutro son bosones de Goldstone, que no tienen masa y se convierten, respectivamente, en los componentes longitudinales de tercera polarización de los bosones W y Z (masivos). Lo cuántico de los restantes componentes neutrales corresponde a los bosones masivos de Higgs. Un campo de Higgs es un campo escalar, el bosón de Higgs tiene un espín cero y no tiene momento angular intrínseco. El bosón de Higgs es también su propia antipartícula y tiene simetría CPT.

El modelo estándar no predice el valor de la masa del bosón de Higgs. Si la masa de este bosón es entre 115 y 180 GeV, entonces el modelo estándar puede ser válido a todas las escalas energéticas hasta la escala de Planck (10¹⁶ TeV). Muchas teorías están a la expectativa de una nueva física más allá del modelo estándar que podría surgir a escalas de TeV, basadas en las carencias del modelo estándar. La escala más alta posible de masa permitida en el bosón de Higgs (o en alguna ruptura espontánea de simetría electrodébil) es de un TeV; tras ese punto el modelo estándar se vuelve inconsistente sin un mecanismo de ese tipo porque la unicidad es violada en ciertos procesos de dispersión. Muchos modelos de supersimetría predicen que el bosón de Higgs tendrá una masa sólo ligeramente por encima de los actuales límites experimentales, a unos 120 GeV o menos.

[editar] Investigación experimental





Una simulación del detector CMS del Gran Colisionador de Hadrones, que muestra cómo se prevé que sean las trazas del bosón de Higgs.
En julio de 2012 el CERN confirmó con más de un 99% de probabilidad la existencia del bosón de Higgs^[8] fruto de los esfuerzos de los grandes laboratorios de investigación como el CERN o el Fermilab. Los datos obtenidos permiten estimar un valor mínimo experimental de masa 114.4 GeV para el bosón de Higgs del modelo estándar, con un nivel de confianza del 95%.^[9] Experimentalmente se ha registrado un pequeño número de eventos no concluyentes en el colisionador LEP en el CERN. Estos han podido ser interpretados como resultados de los bosones de Higgs, pero la evidencia no es concluyente.^[10] Se espera que el Gran Colisionador de Hadrones, ya construido en el CERN, pueda confirmar o desmentir la existencia de este bosón. El LHC (Large Hadron Collider), con un anillo de 27 Km. de circunferencia, fue encendido el 10 de septiembre de 2008, como estaba previsto, pero un fallo en el sistema de enfriamiento que debe mantener los imanes a una temperatura aproximada de -271,3 °C detuvo el experimento. El 20 de noviembre del 2009 volvió a ser encendido operando en el rango de 450 GeV a 2.23 TeV. De nuevo fue apagado, en este caso para realizar ajustes y el 30 de marzo de 2010 volvió a ser puesto en marcha esta vez a potencia de 3,5 TeV. Durante el año 2012 alcanzará los 4 TeV, tras lo que volverá a hacer una parada de alrededor de 20 meses. Se espera que en 2014 alcance los 7 TeV.

La búsqueda del bosón de Higgs es también el objetivo de ciertos experimentos del Tevatrón en el Fermilab.

[editar] Alternativas al mecanismo de Higgs para la ruptura espontánea de simetría electrodébil


Desde los años en los que fue propuesto el bosón de Higgs han existido muchos mecanismos alternativos. Todas las otras alternativas usan una dinámica que interactúa fuertemente para producir un valor esperado del vacío que rompa la simetría electrodébil. Una lista parcial de esos mecanismos alternativos es:

• Technicolor;^[11] es la clase de modelo que intenta imitar la dinámica de la fuerza fuerte como camino para romper la simetría electrodébil.
  
• El modelo de Abbott-Farhi; de composición de los bosones de vectores W y Z.^[12]
  
• Condensados de quarks top.
  

[editar] Observación de una resonancia en los 115 GeV


En una nota interna del CERN, del 21 de abril de 2011, se contextualizaba el rumor de que los físicos del LHC habían detectado por primera vez el bosón de Higgs.

La nota interna habla de la observación de una resonancia en los 115 GeV, justo la clase de fenómeno que se esperaría detectar si se hubiera encontrado un bosón de Higgs en ese rango de energía. Sin embargo, el elevado número de eventos observados, hasta treinta veces más de los predichos en el modelo estándar de física de partículas, sorprendía a los propios investigadores.^[13]

El 4 de Julio de 2012, el CERN comunicó con la prescencia de varios cientificios, incluyendo al propio téorico del tema Higgs, que había detectado con un 99% de probabilidad el Bosón de Higgs mediante el colisionador de hadrones. Inclusive tratarían de entender que tipo si así fuere de Bosón de Higgs era. Dos equipos independientes en el CERN llegaron a conclusiones similares: El CMS con 2,100 científicos y el Atlas con 3,000 investigadores. Rolf Heuer, director del CERN, dijo "Tenemos un descubrimiento. Hemos observado una nueva partícula que concuerda con un bosón de Higgs" y "Concuerda con un bosón de Higgs como se requiere para el modelo estándar". La frase "Partícula de Dios" fue acuñada por el físico Leon Lederman, ganador del Premio Nobel para explicar de manera práctica la importancia y materia prima que es la partícula sub-atómica que explica la masa en el Universo.

[editar] Masa hipotética del bosón de Higgs


La masa del bosón de Higgs se expresa en función de λ y del valor de la escala de ruptura de simetría, υ, como:



La medida de la anchura parcial de la desintegración:



a bajas energías en el SM permite calcular la constante de Fermi, G_F, con gran precisión. Y puesto que:



se obtiene un valor de υ = 246 GeV. No obstante el valor de λ es desconocido y por tanto la masa del bosón de Higgs en el SM es un parámetro libre de la teoría.