¿Qué es el bosón de Higgs?
Es la última pieza perdida del Modelo Estándar de la física, teoría que describe las piezas básicas que componen el universo. Las primeras 11 partículas que predecía el modelo fueron encontradas, y descubrir el bosón de Higgs validaría al modelo. Si el bosón, por el contrario, no existe, entonces hay que pensar en otra teoría que explique cómo está armado el universo.
Los científicos piensan que después del Big Bang, el Universo era una “sopa” gigante de partículas que viajaban a la velocidad de la luz, y que no tenían masa. ¿Cómo llegaron a ganar masa para formar la materia que conocemos hoy, como los planetas y estrellas?
La explicación fue propuesta en 1964 por seis físicos, entre ellos el británico Peter Higgs. La idea es que existe un campo de energía invisible llamado el “campo de Higgs” que cubre todo el universo. Algunas partículas, como los fotones (que componen la luz), no se ven afectadas por este campo, y por eso no tienen masa y pueden viajar tan rápido. Otras partículas, en cambio, sí se ven afectadas y se frenan con el campo de Higgs, ganando masa.
Según ejemplifica el científico del CERN, John Ellis, es como si hubiera un manto de nieve en todo el universo, “como si estuvieras en medio de Siberia. Ahora imagina que tratas de cruzar este campo de nieve. Quizás eres un esquiador, y te deslizas por encima. Eso es como una partícula que no interactúa con el campo de Higgs, no se hunde en la nieve, va muy rápido. Es como una partícula sin masa que viaja a la velocidad de la luz”.
“Quizás estás usando zapatos de nieve, en cuyo caso te hundes en el campo de Higgs, tienes menos velocidad que la del esquiador, menos de la velocidad de la luz, es como una partícula con masa. Porque estás interactuando con ese campo de nieve de Higgs. Y por último si sólo tienes tus botas, entonces te hundes mucho en la nieve, y vas muy muy lento. Y eso es como una partícula con mucha masa”, explica.
El bosón de Higgs es la partícula que posibilita el mecanismo por el cual las demás partículas como quarks y electrones ganan su masa.
1.- ¿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.
2.- ¿De qué estan formados los protones y los neutrones?
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".
3.- ¿Y de qué están formados los electrones?
Al contrario que los protones y los neutrones, los electrones son partículas elementales, es decir, no se pueden dividir más.
4.- Vale, entonces el electrón y los quarks son partículas elementales, ¿cuál es el problema?
El problema es que no comprendemos por qué estas partículas tienen masas tan diferentes. Por ejemplo, un quark "cima" pesa 350.000 veces más que un electrón. Para que os hagáis una idea de lo que significa este número: es la misma diferencia de peso que hay entre una sardina y una ballena.
5.- ¿Cuál es la solución a este problema?
En 1964, el físico inglés Peter Higgs, junto a otros colegas, propuso la siguiente solución: 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 rapidamente 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 lo pensáis 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.
6.- ¿Problema resuelto?
No tan rápido, caballeros. En física, una teoría sólo es válida si podemos verificarla con experimentos. La historia de la ciencia está repleta de teorías hermosísimas que resultaron ser falsas.
El campo de Higgs es sólo una teoría. Para comprobarla necesitamos encontrar la partícula asociada al campo de Higgs: el llamado "bosón de Higgs".
7.- ¿Por qué es tan difícil observar el 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 eso hemos necesitado construir 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 que podamos observarlo. Sólo podemos medir los "residuos" que deja al desintegrarse.
Estos dos problemas son de una complejidad tan tremenda que para resolverlos hemos necesitado el trabajo de miles de físicos durante varias décadas.
8.- ¿Y el término "la particula de Dios"? ¿Acaso no éramos científicos?
El origen del apelativo "la partícula de Dios" es una de mis anécdotas favoritas en física.
Allá por los años 90, Leo Lederman, un Premio Nobel, decidió escribir 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, decididió cambiar el término "The Goddamn Particle" por "The God Particle" y así "La Partícula Puñetera" se convirtió en "La Partícula de Dios".
9.- ¿Una vez se confirme la teoría de Higgs, la física de partículas se ha terminado?
No. La detección del bosón de Higgs es sólo el comienzo de nuevas aventuras (¡los físicos seguiremos teniendo trabajo por mucho tiempo!).
Todavía quedan decenas de problemas que estamos muy lejos de resolver. Algunos 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? ¿todas las fuerzas se unifican a una energía suficientemente alta?
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