Los
científicos de la Organización Europea para la Investigación Nuclear (CERN, por
sus siglas en francés) han descubierto una nueva partícula subatómica, con una
masa de 125 Gigaelectronvoltios (GeV), gracias al acelerador de partículas, el
famoso LHC y a los proyectos de investigación ligados a él, ATLAS y CMS. Los investigadores están prácticamente
seguros que esa partícula coincide en sus características con el ansiado "Bosón
de Higgs", considerado crucial en la formación del universo. De hecho,
ya califican el hallazgo de "histórico" con un porcentaje de
probabilidad de acierto del 99,9999%.
Con
los resultados presentados este jueves es prácticamente un hecho que la
partícula anunciada corresponde a la descrita por Peter Higgs en los años
sesenta, sobre la que reposa el Modelo Estándar de la Física de Partículas y la
última pieza que faltaba.
Aunque
todavía nadie puede confirmarlo con certeza científica -pues la certeza no es
al 100%- todo el mundo lo da por hecho. "Puedo confirmar que se ha
descubierto una partícula que es consistente con la teoría del bosón de Higgs",
dijo en un acto en Londres John Womersley, consejero delegado del Consejo de
Instalaciones de Ciencia y Tecnología de Reino Unido. Joe Incandela, portavoz
de uno de los dos equipos que buscan la partícula, dijo en el CERN: "Este
es un resultado preliminar, pero creemos que es muy firme y sólido".
Miles
de científicos del CERN y otros laboratorios del mundo trabajan desde hace
décadas en la búsqueda de esa partícula, que es la clave para entender mejor el
origen del universo. Los experimentos ATLAS y CMS han observado una nueva
partícula, con una masa de unos 125 gigaelectronvoltios (GeV), que coincide
hasta donde se ha podido analizar con el Higgs.
El
bosón de Higgs juega un papel determinante en la naturaleza. Explica cómo se
agruparon las partículas para formar estrellas, planetas e incluso vida. Se
trata de la última pieza descubierta del Modelo Estándar, que describe la
construcción fundamental del universo. El modelo es el equivalente físico de la
teoría de la evolución para la biología. Si esta partícula no existiera, el
resto de partículas no tendría masa: es como si los objetos inicialmente sin
masa cruzaran un medio viscoso, y por lo tanto, comenzaran a pesar cada vez
más. Permitiría explicar por qué tienen masa las partículas elementales que la
tienen. Así, el electrón se convierte en el objeto que conocemos y que luego
puede dar origen luego puede dar lugar a los átomos, moléculas, etc.
Lo
que los científicos no saben aún, tras los últimos hallazgos, es si la
partícula que han descubierto es el bosón de Higgs tal y como se describe en el
Modelo Estándar, si es una variante o si se trata de una partícula subatómica
completamente nueva que podría obligar a revisar la teoría sobre la estructura
fundamental de la materia. Desde el punto de visto científico, las dos
posibilidades son las más emocionantes.
Españoles,
entre los investigadores
Un
equipo de investigadores del Consejo Superior de Investigaciones Científicas
(CSIC) ha participado a través de los programas ATLAS y CMS en el hallazgo de
una nueva partícula en el modelo estándar de física.
Según
este consejo, España es uno de los principales contribuyentes a dicho
laboratorio, pues participa con el 8,11% del total de las aportaciones para el
ejercicio 2012.
Los
investigadores españoles, además de diseñar y construir varios subdetectores
clave en la búsqueda de nuevas partículas en el acelerador LHC, participan de
forma destacada en su operación y mantenimiento, así como en la recogida,
procesado y análisis de las colisiones producidas en los experimentos.
¿De
qué está formada la materia?
La
materia esta formada por átomos. Un átomo es como un Sistema Solar en
miniatura: tiene un gran núcleo central (compuesto por protones y neutrones) y
a su alrededor giran los electrones. Los protones y los neutrones están
formados de unas partículas más pequeñas que se llaman quarks. Hay 6 tipos de
quarks y fueron bautizados con nombres un poco extraños: el quark "arriba",
el quark "abajo", el quark "encanto", el
quark "extraño", el quark "cima" y el quark
"fondo".
Un
protón está formado por 2 quarks "arriba" y 1 quark "abajo".
Un neutrón está formado por 1 quark "arriba" y 2 quarks "abajo".
Al contrario que los protones y los neutrones, los electrones son partículas
elementales, es decir, no se pueden dividir más. Hasta el momento no se sabe
por qué estas partículas tienen masas tan diferentes. Por ejemplo, un quark
"cima" pesa 350.000 veces más que un electrón, la misma
diferencia de peso que hay entre una sardina y una ballena.
En
1964, el físico inglés Peter Higgs, junto a otros colegas, propuso la siguiente
solución a esta cuestión: todo el espacio está relleno de un campo (que no
podemos ver) pero que interacciona con las partículas fundamentales. El
electrón interactúa muy poquito con ese campo y por eso tiene una masa tan
pequeña. El quark "cima" interacciona muy fuertemente con el
campo y por eso tiene una masa mucho mayor.
Para
comprender esto, volvamos a la analogía de la sardina y la ballena. La sardina
nada muy rápidamente porque es pequeñita y tiene poco agua alrededor. La
ballena es muy grande, tiene mucho agua alrededor y por eso se mueve más
despacio. En este ejemplo, "el agua" juega un papel análogo al "campo
de Higgs".
Si
se piensa despacio, la teoría de Higgs es muy profunda pues nos dice que la
masa de todas las partícula está originada por un campo que llena todo el
Universo.
Hasta
el momento, el campo de Higgs es sólo una teoría. Para comprobarla es necesario
encontrar la partícula asociada a éste: el llamado "Bosón de Higgs".
Cuando
queremos detectar el bosón de Higgs nos enfrentamos a 2 problemas
fundamentales:
1.-
Para generar un bosón de Higgs, se necesita muchísima energía. De hecho, se
necesitan intensidades de energía similares a las producidas durante el Big
Bang. Por ello ha sido necesaria la construcción de enormes aceleradores de
partículas.
2.-
Una vez producido, el bosón de Higgs se desintegra muy rápidamente. Es más, el
bosón de Higgs desparece antes de poder observarlo. Sólo se pueden medir los
"residuos" que deja al desintegrarse.
Estos
dos problemas son de una complejidad tan tremenda que para resolverlos ha sido
necesario el trabajo de miles de físicos durante varias décadas.
El
origen del apelativo "la partícula de Dios"
Allá
por los años 90, el Premio Nóbel Leo Lederman escribió un libro de divulgación
sobre la física de partículas. En el texto, Lederman se refería al bosón de
Higgs como "The Goddamn Particle" ("La Partícula
Puñetera") por lo difícil que resultaba detectarla.
El
editor del libro, en un desastroso arranque de originalidad, decidió cambiar el
término "The Goddamn Particle" por "The God Particle"
y así "La Partícula Puñetera" se convirtió en "La
Partícula de Dios".
La
confirmación de la teoría de Higgs sólo representaría un avance más en la
física de partículas, para comprender cómo funciona el Universo, pero a los
físicos aún les quedarán decenas de problemas que aún están muy lejos de resolver,
como, por ejemplos, ¿qué es la materia oscura?, ¿cómo formular una teoría
cuántica de la gravedad?, ¿los quarks y los leptones son verdaderamente
partículas elementales o tienen una subestructura?...
Importancia
del bosón de Higgs
La
razón de la importancia del bosón de Higgs hay que buscarla en algo esencial y
básico: en el modelo que tenemos para describir el mundo de las partículas
elementales (quarks y leptones), sus masas tienen unos valores determinados que
podemos medir, pero no conocemos su origen. Y esto tiene una gran repercusión,
ya que el mundo que conocemos es posible gracias a esos valores de masas de
partículas.
En
1964 se estableció el Mecanismo de Higgs y posteriormente se hizo la predicción
de que debía de existir una partícula, asociada al campo de Higgs, causante de
esta dotación de masa. Así pues, se había resuelto el problema de las masas
gracias a la nueva partícula, pero había aparecido un nuevo problema: encontrar
la partícula.
El
hallazgo definitivo de esta partícula podría reportarle a Higgs el Premio Nóbel
de Física, a sus 82 años de edad.
El
bosón de Higgs no es la única posibilidad para dotar de masa a las partículas,
pero es en la que los físicos tienen más confianza. De alguna forma, la masa de
las partículas (y por tanto, nosotros mismos y todo lo que nos rodea, al estar
constituidos por ellas) no es una característica primaria, sino que derivaría
del hecho de que el vacío en el universo está lleno de un campo (el de Higgs) y
que las partículas se dotarían de masa en su interacción con dicho campo.
Shakira
y los periodistas
Una
anécdota lo explicará mejor. En 1995, William Waldgrave, ministro de Ciencias
de Reino Unido, lanzó una competición para obtener la mejor explicación del
Mecanismo de Higgs con la que convencerse y convencer de que se estaban
gastando bien el presupuesto de investigación. El premio: una botella de
champán.
Si
se demostrara que no existe, habría que replantearse los fundamentos de la
física.
Ganó
el físico David J. Miller con una explicación muy original: Imaginemos una
habitación llena de periodistas. La habitación representa el universo, lleno
del campo de Higgs (que son los periodistas). En un determinado momento, entra
una cantante famosa en la habitación (pongamos Shakira) y, a cada paso que da,
atrae a un grupo de periodistas. La cantante representa una partícula que, al
atravesar el campo de Higgs, aumenta la resistencia al movimiento, al aumentar
su masa.
Ahora
imaginemos que se asoma una persona a la habitación y comenta un rumor a los
periodistas sobre la cantante; dicho rumor irá atravesando la habitación y se
producirán agrupaciones de periodistas, que representan a la partícula de
Higgs.
El
bosón de Higgs se ha buscado en diferentes experimentos. En el LHC, la señal
que se está buscando es del orden de diez a cien millones de veces más pequeña
que los sucesos que se producen de forma habitual al colisionar protón contra
protón, por lo que es como buscar una aguja en un pajar. Afortunadamente
tenemos medios e instrumentos para discriminar la señal en caso de que exista y
en eso basamos nuestras expectativas.
Puede
ser que no se descubra el bosón de Higgs, pero podrían aparecer sucesos que
apunten a otro tipo de solución al problema de las masas y, en ese caso, podría
reconducirse hacia la comprensión de esta Nueva Física. Incluso en el caso de
que se demostrara que no existe el bosón de Higgs, a partir de los datos
experimentales se puede hablar de que se ha llegado a un resultado que haría
replantearse los fundamentos de la física.
FUENTE:
El Bosón de Higgs ("la partícula de Dios") en 9 claves¿Por qué importa tanto encontrar el bosón de Higgs en el LHC? ¿Qué pasará si no aparece??
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