Dan por fin con el Bosón de Higgs, la misteriosa 'Partícula de Dios'
Ante un auditorio abarrotado, en el que estaba Peter Higgs, confirman el descubrimiento de la partícula que completa el Modelo Estandar de la Física.
Esto no es el final, sino el principio de toda una nueva línea de investigaciones que nos llevarán a nuevos descubrimientos y avances.
El Bosón de Higgs. 01
La excitación desatada en el mundo científico
ha sido tal que puede hablarse de Higgsteria,
un juego de palabras con el que la ha definido con gran acierto
la revista New
Scientist.
La Organización
Europea para la Investigación Nuclear (CERN) ha
anunciado este miércoles el descubrimiento de una partícula. A
la espera de precisar sus características, todos los indicios
apuntan a que se trata del esperado Bosón
de Higgs, conocido como la 'Partícula de Dios'.
De la existencia del bosón de Higgs depende
que la teoría actual que explica el Universo visible -el
llamado Modelo Estándar- sea correcta. Y de las características
de esta partícula dependerán las futuras investigaciones para
comprender el Universo oscuro, que no está explicado por el
Modelo Estándar.
"Todo el mundo está muy entusiasmado
no sólo por el descubrimiento de la partícula sino también
por las nuevas perspectivas que abre para la física",
destaca Rolf Heuer, director general del CERN.
Como explica Josep
Corbella en 'La Vanguardia', con su enorme masa, el "higgs"
-como lo llaman coloquialmente los físicos- es una pieza de
caza mayor en el mundo de las partículas.
La estrategia para capturarla consiste en crear energías muy
altas en un acelerador de partículas y esperar que la energía
se convierta en materia siguiendo la famosa ecuación de
Einstein E = mc2.
Fue precisamente con el objetivo de capturarlo
que se construyó en un túnel subterráneo junto a Ginebra el
Gran Colisionador de Hadrones (LHC), el acelerador de partículas
más potente del mundo, donde se hacen chocar protones a una
velocidad próxima a la de la luz.
Para descubrir una nueva partícula, sin
embargo, no basta con crearla. Además, es conveniente
observarla. El problema de observar el "higgs"
es que es una partícula efímera que se vuelve a transmutar en
energía y en otras partículas antes de que los físicos puedan
verla. De ahí que haya que deducir su existencia a partir de
las partículas que nacen de ella.
Viene a ser como identificar a un fugitivo a
partir de las huellas que ha dejado.
Todo ello con la dificultad añadida de que una
misma huella puede corresponder a distintos fugitivos. Es decir,
si nacen ciertas partículas tras una colisión, puede que sean
descendientes de un "higgs" o bien de alguna
otra partícula.
Afortunadamente para los físicos, la
probabilidad de que vengan de un "higgs" o de
otro fenómeno no es la misma. Esto les permite, con un número
suficiente de colisiones, deducir si han creado un "higgs"
o no. Es algo parecido a deducir si un dado está trucado.
Si tiran el dado una sola vez, les será
imposible saber si está trucado o no. Si lo tiran diez veces y
les sale cinco veces el mismo número, podrán sospechar.
Y si lo tiran cien veces y les sale 50 veces el
mismo número, podrán afirmar que está trucado -o, más
exactamente, podrán decir que hay una probabilidad muy alta de
que lo esté-.
El LHC cuenta con dos detectores diseñados
especialmente para ver si en las colisiones se observa algún
fenómeno que no sea atribuible al azar. Un fenómeno como un
dado trucado o un bosón de Higgs.
Los resultados presentados el pasado diciembre
por los coordinadores de los detectores Atlas y CMS ya hacían
sospechar que habían encontrado una nueva partícula. Pero
estaban en una situación similar a la de quien solo ha tirado
el dado diez veces.
Había aún una probabilidad de alrededor del
1% de que las observaciones fueran debidas al azar y no a la
existencia de un nuevo bosón.
Por convención entre físicos de partículas,
para proclamar un descubrimiento la probabilidad debe reducirse
a alrededor de uno entre un millón -lo que, en la jerga del
sector, se llama cinco sigmas-.
Esto explica la ovación espontánea que se ha
producido este 4 de julio de 2012 a las 9.38 de la mañana en el
auditorio del CERN en Ginebra cuando el coordinador de CMS, Joe
Incandela, ha mostrado en la pantalla su primera transparencia
con el símbolo de cinco sigmas recuadrado en rojo.
Y la ovación que ha recibido una hora después
Fabiola Gianotti, coordinadora de Atlas, cuando ha anunciado los
cinco sigmas de su detector.
"Son resultados preliminares", ha
advertido Gianotti. Pero "son muy consistentes",
sostiene Incandela.
Unos 6.000 investigadores de más de 40 países
han trabajado en los dos experimentos. Desde España, han tenido
un papel destacado en el detector Atlas el Institut de Física
d'Altes Energies (IFAE) de Bellaterra, el Instituto de Física
Corpuscular de Valencia y la Universidad Autónoma de Madrid.
En el detector CMS también ha hecho
contribuciones importantes la Universidad Autónoma de Madrid,
así como el Instituto de Física de Cantabria y el Centro de
Investigaciones Energéticas, Medioambientales y Tecnológicas
(Ciemat).
Ni Atlas ni CMS ha llegado aún a cinco sigmas
para afirmar que la partícula que han descubierto sea el bosón
de Higgs previsto por el Modelo Estándar. Con los datos
recogidos hasta ahora, es probable que lo sea y es posible que
no.
El "higgs" es la única pieza
que falta en el complejo rompecabezas del Modelo Estándar que
los físicos han estado construyendo en el último medio siglo y
que explica de manera satisfactoria el Universo visible -que,
sin embargo, sólo representa el 5% del Universo-.
Que en la actualidad ya no queden bosones de
Higgs -excepto en las tripas del LHC y tal vez en algún otro
lugar excepcional-, ya que todos se transformaron en energía en
el primer segundo del Universo, no les resta importancia.
Sin "higgs", todo el edificio
del Modelo Estándar se colapsaría, y con él nuestra
comprensión del Universo visible.
La nueva partícula puede ser igualmente
importante para comprender el Universo oscuro, que representa el
96% de toda la materia y energía del Universo, explica Enrique
Fernández, del Institut de Física d'Altes Energies (IFAE).
Lo puede ser para comprender el 23% de materia
oscura porque el higgs podría tener partículas supersimétricas
más masivas, aún no descubiertas, que aclaren de qué está
formada esta enigmática materia.
Y, "lo más importante", según
Fernández, puede ayudar a entender el 72% de energía oscura
que está acelerando la expansión del Universo, un fenómeno
para el que los científicos aún no tienen explicación.
Pero "os pido que tengáis paciencia",
ha pedido Fabiola Gianotti.
"Estamos entrando en la era de las mediciones del higgs".
Los datos recabados hasta ahora indican que la
nueva partícula tiene una masa de alrededor de 126 GeV
(gigaelectronvoltios), que equivale a unas 135 veces la masa del
protón.
Los datos adicionales que se adquirirán en los
próximos meses ayudarán a caracterizar mejor la nueva
partícula y posiblemente aclararán si es "higgs"
del modelo estándar o una criatura más exótica.
Rolf Heuer anunció este 3 de julio de 2012 que
el CERN ha decidido prolongar "dos o tres meses" el
funcionamiento del LHC para acumular más datos antes de apagar
la máquina el próximo invierno.
Después el acelerador deberá estar parado
entre un año y medio y dos años para aumentar su potencia de
los 8 TeV (teraelectronvoltios) a 14 TeV. Con esta potencia
adicional, podrá desvelar a partir del 2015 las intimidades de
la nueva partícula.
"El descubrimiento es solo el
principio", destaca Fabiola Gianotti.
"Comprender esta nueva partícula nos dirá en qué dirección debemos ir en el futuro".
GUIA
PARA COMPRENDER EL BOSON DE HIGGS
El Bosón de Higgs es un tipo de partícula
elemental que se cree tiene un papel fundamental en el mecanismo
por el que se origina la masa en el Universo. Se trata de la
única partícula predicha por el Modelo Estándar de Física de
Partículas que aún no había sido descubierta.
El Modelo Estándar describe las
partículas elementales y sus interacciones, pero queda una
parte importante por confirmar, precisamente la que da respuesta
al origen de la masa. Sin masa, el Universo sería un lugar muy
diferente. Si el electrón no tuviera masa no habría átomos,
con lo cual no existiría la materia como se conoce actualmente,
por lo que tampoco habría química, ni biología, ni existiría
el hombre.
En los años 60, varios físicos, entre ellos el
británico Peter Higgs, postularon un mecanismo que se conoce
como el 'Campo
de Higgs'. Al igual que el fotón es el componente fundamental
del campo electromagnético y de la luz, el 'Campo de Higgs'
requiere la existencia de una partícula que lo componga, que
los físicos llaman Bosón de Higgs.
El campo de Higgs sería una
especie de continuo que se extiende por todo el espacio, formado
por un incontable número de bosones de Higgs. La masa de las
partículas estaría causada por una fricción con el campo de
Higgs, por lo que las partículas que tienen una fricción mayor
con este campo tienen una masa mayor.
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. Los componentes del átomo
(electrones, protones y neutrones) son fermiones, mientras que
el fotón, el gluón y los bosones W y Z, son los responsables,
respectivamente, de las fuerzas electromagnética, nuclear
fuerte y nuclear débil.
La diferencia del bosón con el
fotón o el gluón es que no se puede detectar directamente, ya
que una vez que se produce se desintegra casi instantáneamente
dando lugar a otras partículas elementales más familiares. Es
decir, cuando el bosón se crea, lo que se pueden ver son sus
'huellas', otras partículas, que son las que detecta el Gran
Colisionador de Hadrones (LHC) que la Organización Europea para
la Investigación Nuclear ha construido en Ginebra (Suiza).
Así, en el interior del anillo
del LHC colisionan protones entre si a una velocidad cercana a
la de la luz. Cuando se producen las colisiones en puntos
estratégicos donde están situados grandes detectores, la
energía del movimiento se libera y queda disponible para que se
generen otras partículas. Cuanto mayor sea la energía de las
partículas que chocan más masa podrán tener las resultantes,
según la famosa ecuación de Einstein: E=mc2.
Debido a que el Modelo Estándar no establece la
masa del Bosón de Higgs, sino un amplio rango de valores
posibles, se requieren aceleradores muy potentes. El LHC es la
culminación de una 'escalada
energética' dirigida a descubrir el bosón de Higgs, un
objetivo que se ha logrado ahora.
LOS DATOS QUE DEFINEN EL BOSÓN DE HIGGS
En Física de Partículas el
concepto de observación se define estadísticamente en términos
de desviaciones estándar o 'sigmas', que indican la
probabilidad de que un resultado experimental se deba a la
casualidad en vez de ser un efecto real.
Para conseguir una mayor significación
estadística, y por tanto aumentar las probabilidades de
observación, los experimentos necesitan analizar muchos datos.
El LHC genera unos 300 millones de colisiones por segundo, por
lo que la cantidad de datos a analizar es ingente. Se mide en
femtobarns inversos, unidad que da idea
de la cantidad de colisiones que se produce en un acelerador de
partículas por unidad de área y tiempo (luminosidad).
La medida que se ha obtenido este
miércoles es de 5 sigmas de nivel, lo que determina, de manera
oficial, que se trata de un 'descubrimiento' u 'observación'.
Para alcanzar 5 sigmas hay que sacar un mismo resultado más de
20 veces seguidas, una probabilidad menor de 0,00006 por ciento.
Tras el hallazgo, los expertos continuarán los
estudios para estar seguros
de que una observación corresponde a un bosón de Higgs del
Modelo Estándar y no a otra partícula diferente. Para ello es
necesario estudiar en detalle y con más datos las propiedades
de la nueva partícula. En concreto, si la forma en que se
produce y se desintegra está de acuerdo con lo predicho por la
teoría o no, lo cual sería aun mas interesante.
El descubrimiento de la partícula,
es el comienzo de una nueva fase en la Física de Partículas ya
que el bosón marca el camino en la investigación de otros
muchos fenómenos físicos como la naturaleza de la materia
oscura (que compone el 23 por ciento del Universo pero cuyas
propiedades son completamente desconocidas).
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