viernes, julio 6

¿Qué es el Bosón de Higgs y qué significa su descubrimiento?

Esta semana, en medio del clima de enfrentamiento e incertidumbre social que se vive en México y las celebraciones estadounidenses por el aniversario de su independencia, Europa volvió a dar al mundo razones para sentirse mejor, primero cuando el Parlamento de la Unión Europea dio el no definitvo a la propuesta para legislación de los contenidos web conocida como ACTA, y después cuando los científicos del CERN anunciaron lo que puede ser el descubrimiento científico más grande de los últimos años: la aparición del elusivo Bosón de Higgs.

Pero, ¿qué es el Bosón de Higgs? Aquí una breve explicación.

Existe un Modelo Estándar de Física de Partículas, mismo que describe las partículas elementales y sus interacciones, y del cual se ha obtenido hasta ahora comprobación de todas sus partes y mecanismos, excepto los relacionados con el origen de la masa. La masa es fundamental en el funcionamiento del Universo, pues si los electrones no tuviesen masa no habría átomos, y sin átomos no existiría la materia como la conocemos.

En la década de los 1960s, un grupo de científicos postuló la existencia de un mecanismo conocido como Campo de Higgs, nombrado así por Peter Higgs, físico británico muy reconocido en el campo de las partículas subatómicas. Las partículas subatómicas se dividen en dos tipos: fermiones y bosones. Los fermiones son aquellas que componen la materia, y los bosones las que portan las fuerzas o interacciones.

De la misma manera en que el fotón es el elemento fundamental en el campo electromagnético, el campo de Higgs estaría formado por la partícula llamada bosón de Higgs. El campo de Higgs sería un continuo extendido por todo el espacio que estaría formado por una incontable cantidad de bosones de Higgs. La masa de las partículas sería el resultado de su fricción con el Campo de Higgs bajo el principio de que a mayor fricción, mayor masa.

 La razón por la que el bosón no podía haber sido identificado hasta ahora es que no se le puede detectar directamente, pues una vez que se produce se desintegra al instante, dando lugar a otras partículas elementales más familiares. Son estas 'huellas' las que detecta el Gran Colisionador de Hadrones (LHC) que la Organización Europea para la Investigación Nuclear (CERN, por las siglas de su nombre provisional, Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire - Consejo Europeo para la Investigación Nuclear).


El LHC funciona mediante la colisión controlada de protones que se mueven casi a la velocidad de la luz. Estas colisiones liberan energía que permite la generación de otras partículas. Entre mayor sea la energía de las partículas que chocan, mayor será la masa de las partículas resultantes, lo que se convierte en una aplicación práctica de la famosa ecuación de Einstein: E=mc2.

El Modelo Estándar no establece la masa del Bosón de Higgs, ofreciendo una amplia gama de valores posibles, por lo que se requieren aceleradores muy potentes para detectarlo, siendo su búsqueda uno de los principales objetivos con que se construyó el LHC. De acuerdo con el anunció del miércoles, ese objetivo parece haber sido cumplido tras la realización de dos experimentos independientes, conocidos como CMS y ATLAS.

El experimento CMS detectó una partícula a 125.3±0.6 gigaelectronvolts (GeV), que representaría una masa 133 veces mayor que la de un protón, en tanto que el experimento ATLAS la encontró a 126.5±0.6 GeV. Ambos experimentos califican con un nivel de incertidumbre de 5 sigmas, que es una unidad estadística de desviaciones estándar utilizada para separar resultados reales de accidentes o ruido estadístico.

El LHC genera aprox. 300 millones de colisiones por segundo, produciendo una enorme cantidad de datos a analizar. Para alcanzar 5 sigmas es necesario obtener el mismo resultado más de 20 veces seguidas, lo que representa una probabilidad menor al 0,00006 % y suele ser el punto donde se realiza oficialmente el anuncio de una observación o descubrimiento, que es la razón por la que se hizo el anuncio del miércoles, pues lo que es un hecho es que detectaron una nueva partícula.

Ahora falta seguir con las observaciones y el análisis de datos para confirmar si efectivamente se trata del bosón de Higgs, pues por ahora solo existe la certeza de que se trata de un bosón debido a que al romperse genera dos fotones, y que al hallarse en el rango de los 125-126 GeV se trata del bosón más pesado que se halla observado jamás. Hace falta confirmar otras propiedades antes de determinar si efectivamente se trata de la elusiva partícula o no.

De confirmarse, el Modelo Estándar estaría mayormente probado y nuestro entendimiento de las partículas subatómicas sería mayor, pero aún si resulta ser otra partícula, su posible relación con el campo de Higgs abriría muchas otras posibilidades de investigación más allá de las predicciones del Modelo Estándar, abriendo el camino hacia otros campos de investigación teórica, como la supersimetría, o hacia un mayor entendimiento de la materia oscura o la energía oscura.

A pesar de estas interrogantes, es prácticamente un hecho que el CERN ha encontrado una nueva partícula elemental, la primera en casi veinte años. Los datos anunciados esta semana son preliminares, y se espera que los primeros análisis formales de la información generada por CMS y ATLAS empiecen a aparecer a finales del mes. Además, el LHC está programado para seguir funcionando lo que resta del año, así que sin duda recabará más datos en los próximos meses para su continuo análisis.

Si desean más información acerca del tema sin tener que clavarse en textos científicos de difícil comprensión para nosotros los mortales comunes, les recomiendo escuchar los tres episodios de su podcast que Enrique Ganem dedicó esta semana al tema, mismos que pueden escuchar o descargar siguiendo los siguientes enlaces.

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