Peter Higgs ha muerto a los 94 años. ¿Qué es la "partícula de Dios" del bosón de Higgs que predijo?
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| Peter Higgs visita el CERN en 2008. Imagen: Marc Buehler a través de Flickr ( CC BY-NC 2.0 ) |
La sugerencia de Higgs de que el modelo estándar necesitaba otra partícula desencadenó una de las mayores búsquedas en la historia de la ciencia.
10 abril 2024.- Ha muerto el profesor Peter Higgs, ganador del Premio Nobel. Si bien Higgs hizo muchas contribuciones a la física, su nombre siempre estará indisolublemente ligado a la partícula que predijo. Su demostración teórica de que una partícula así podría resolver muchos problemas de la física provocó una búsqueda que duró casi 50 años. Esta se convirtió en una de las principales razones para la construcción del Gran Colisionador de Hadrones, uno de los equipos científicos más grandes y caros de la historia.
¿Qué es entonces el bosón de Higgs y por qué el mundo hizo todo lo posible para encontrarlo?
A mediados del sigloXX, estaba quedando claro que los modelos del universo, que se pensaba que estaban casi completos 50 años antes, ni siquiera podían explicar por qué las partículas tienen masa, una pregunta bastante básica, dado lo esencial que es para todo.
Casi al mismo tiempo, varios científicos argumentaron que debía haber una partícula que aún teníamos que encontrar y que fuera responsable de dar masa a muchas otras partículas. Esto fue particularmente importante para los bosones W y Z, que recientemente se habían propuesto para mediar en la fuerza débil y se confirmaron una década después. Una partícula así sería el último elemento faltante en lo que se convirtió en el Modelo Estándar de Física de Partículas .
Aunque Higgs fue sólo uno de los que llegaron a esta conclusión, se consideró que su contribución fue suficiente para que fuera su nombre el que se le diera a la partícula desaparecida, mucho antes de que fuera encontrada.
La masa parece una característica tan intrínseca que a los no físicos les cuesta imaginar por qué necesitamos una partícula que la proporcione. El bosón de Higgs ha resultado muy difícil de encontrar porque colapsa en menos de una billonésima de segundo. La pregunta se extiende a cómo una partícula de vida tan corta podría cumplir este propósito.
Sin embargo, los modelos del universo requieren que partículas como los quarks originalmente no tuvieran masa y que ésta haya cambiado dentro del primer segundo después del Big Bang . Higgs propuso que estas partículas debieron haber ganado su masa a partir de la interacción con un campo, que más tarde también recibió su nombre. Así como otros campos que se estaban descubriendo en ese momento requerían partículas para transportarlos, el campo de Higgs necesitaba una partícula que representara el estado excitado del campo. Higgs y otros esbozaron sus propiedades, como la falta de espín o carga eléctrica, pero su propia masa sólo pudo determinarse experimentalmente.
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Esto desencadenó la gran búsqueda. Al principio, los científicos querían confirmar la existencia del bosón de Higgs y, por tanto, el campo que contiene. Al final, pocos dudaban de que el campo y la partícula fueran reales. En cambio, encontrar el bosón de Higgs era la única forma de medir sus propiedades con precisión. La masa de la partícula de Higgs se propaga por todo el universo, y su determinación permitió precisar muchos otros aspectos del Modelo Estándar, que hasta entonces habían sido confusos.
En 2012 , se descubrió que era de 125 mil millones de electronvoltios/c2 , muy en línea con las predicciones (la masa equivale a la energía dividida por la velocidad de la luz al cuadrado según las famosas ecuaciones de Einstein, las masas de las partículas se expresan en unidades de energía).
La vida asombrosamente corta del bosón de Higgs significa que nunca lo observamos directamente. En cambio, se desintegra en una desconcertante variedad de partículas de vida más larga, incluidos dos bosones W y dos Z, que los equipos del Gran Colisionador de Hadrones lograron observar, junto con fotones, un tau y un quark inferior, y sus respectivas antipartículas. La suma de estos permitió una reconstrucción de la masa de Higgs.
Al dar masa a los bosones W y Z, el campo de Higgs limita su capacidad de viajar lejos, un paso vital para alinear el modelo estándar con las observaciones. En términos generales, el Higgs hace esto, aunque hay indicios de que aún hay más partículas acechando.
El bosón de Higgs, y por tanto el propio Higgs, alcanzaron fama mucho más allá de la comunidad física, en parte debido al apodo de “partícula de Dios”, que daba la impresión de que tenía algún tipo de estatus gobernante. Sin embargo, si bien el Higgs es crucial para nuestra comprensión del funcionamiento del universo, muchas otras partículas elementales son igualmente esenciales. Estos, sin embargo, resultaron mucho más fáciles de encontrar. El carácter esquivo del Higgs inspiró el apodo de “maldita partícula”, que los editores optaron por acortar. La nueva versión no fue popular entre los físicos , pero ayudó a estimular el interés público en la búsqueda de algo cuyo significado era tan difícil de explicar.
El hecho de que el campo de Higgs impregne el universo contribuyó a la impresión pública de una asociación con la religión. El modelo estándar se basa en muchos otros campos, pero todos los demás tienen valores promedio de cero, y solo obtienen un valor distinto de cero en puntos particulares, por ejemplo alrededor de una partícula cargada. El campo de Higgs, por otro lado, se espera que tenga un valor distinto de cero, con cierta fuerza en cada punto del espacio.
La fama del bosón de Higgs ha llevado a los no científicos a creer que es responsable de toda la masa del universo. Esto no es cierto. Incluso dejando de lado la cuestión no resuelta de la naturaleza de la materia oscura , la mayor parte de la masa de un protón o neutrón proviene de la energía de enlace que lo mantiene unido, en lugar de los quarks que obtienen su masa del Higgs.
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