{"id":4525,"date":"2010-12-21T10:10:37","date_gmt":"2010-12-21T08:10:37","guid":{"rendered":"http:\/\/www.emiliosilveravazquez.com\/blog\/?p=4525"},"modified":"2010-12-21T13:36:54","modified_gmt":"2010-12-21T11:36:54","slug":"%c2%bfse-encontrara-el-boson-de-higgs-en-eso-que-llamamos-vacio","status":"publish","type":"post","link":"http:\/\/www.emiliosilveravazquez.com\/blog\/2010\/12\/21\/%c2%bfse-encontrara-el-boson-de-higgs-en-eso-que-llamamos-vacio\/","title":{"rendered":"\u00bfSe encontrar\u00e1 el Bos\u00f3n de Higgs, en eso que llamamos “vac\u00edo”??"},"content":{"rendered":"

No son pocos los que postulan que el vac\u00edo es superconductor. Fueron el belga Fran\u03c2ois Englert, el americano Robert Brout y el ingl\u00e9s Peter Higgs<\/a> los que descubrieron que la superconductividad podr\u00eda ser importante para las part\u00edculas elementales. Propusieron un modelo de part\u00edculas elementales en el cual part\u00edculas el\u00e9ctricamente cargadas, sin esp\u00edn<\/a>, sufr\u00edan una condensaci\u00f3n de Bose. Esta vez, sin embargo, la condensaci\u00f3n no ten\u00eda lugar en el interior de la materia sino en el vac\u00edo. Las fuerzas entre las part\u00edculas ten\u00edan que ser elegidas de tal manera que se ahorrara m\u00e1s energ\u00eda llenando el vac\u00edo de estas part\u00edculas que dej\u00e1ndolo vac\u00edo. Estas part\u00edculas no son directamente observables, pero podr\u00edamos sentir este estado, en cuyo espacio y tiempo est\u00e1n movi\u00e9ndose las part\u00edculas de Higgs<\/a> (como se las conoce ahora) con la m\u00ednima energ\u00eda posible, como si el espacio tiempo estuviera completamente vac\u00edo.<\/p>\n

Las part\u00edculas de Higgs<\/a> son los cuantos del “campo de Higgs<\/a>”. Una caracter\u00edsitca de ese campo es que su energ\u00eda es m\u00ednima cuando el campo tiene una cierta intensidad, y no cuando es nulo. Lo que observamos como espacio vac\u00edo no es m\u00e1s que la configuraci\u00f3n de campo con la menor energ\u00eda posible. Si pasamos de la jerga de campo a la de part\u00edculas, esto significa que el espacio vac\u00edo est\u00e1 realmente lleno de part\u00edculas de Higgs<\/a> que han sufrido una “condensaci\u00f3n de Bose”.<\/p>\n

Este espacio vac\u00edo tiene muchas propiedades en com\u00fan con el interior de un superconductor. El campo electromagn\u00e9tico aqu\u00ed tambi\u00e9n es corto de alcance. Esto est\u00e1 directamente relacionado con el hecho de que, en tal mundo, el fot\u00f3n<\/a> tiene cierta masa en reposo.<\/p>\n

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Y a\u00fan tenemos una simetr\u00eda gauge<\/a> completa, es decir, la invariancia gauge<\/a> no se viola en ning\u00fan sitio. Y, as\u00ed, sabemos como transformar un fot\u00f3n<\/a> en una part\u00edcula “con masa” sin violar la invariancia gauge<\/a>. Todo lo que tenemos que hacer es a\u00f1adir estas part\u00edculas de Higgs<\/a> a nuestras ecuaciones. La raz\u00f3n por la que el efecto de la invariancia gauge<\/a> en las propiedades del fot\u00f3n<\/a> es tan diferente ahora es que las ecuaciones est\u00e1n completamente alteradas por la presencia del campo de Higgs<\/a> en nuestro estado vac\u00edo. A veces se dice que el estado vac\u00edo rompe la simetr\u00eda espont\u00e1neamente. Esto no es realmente correcto, pero el fen\u00f3meno est\u00e1 muy relacionado con otras situaciones en las que se produce espont\u00e1neamente una rotura de simetr\u00eda.<\/p>\n

Higgs<\/a> s\u00f3lo consider\u00f3 campos electromagn\u00e9ticos “ordinarios”, pero, desde luego, sabemos que el fot\u00f3n<\/a> ordinario es un vac\u00edo aut\u00e9ntico no tiene masa en reposo. Fue Thomas Kibble el que propuso hacer una teor\u00eda de Yang Mills superconductora de esta forma, simplemente a\u00f1adiendo part\u00edculas sin esp\u00edn<\/a>, con cargas de Yang-Mills<\/a> en vez de carga ordinaria, y suponer que estas part\u00edculas pod\u00edan experimentar una condensaci\u00f3n de Bose. Entonces, el alcance de las interacciones de Yang-Mills<\/a> se convierten en part\u00edculas con esp\u00edn<\/a> igual a 1 y masa distinta a cero. Algunos modelos m\u00e1s surgieron a partir de la idea de los campos de Higgs<\/a>.<\/p>\n

As\u00ed que, el mecanismo de Higgs<\/a>-Kibble nos dec\u00eda que pod\u00edamos llamar “vac\u00edo” a algo que estaba, en realidad, lleno de part\u00edculas invisibles. Veltman, que era muy esc\u00e9ptico con estas ideas, se preguntaba: \u00bfNo delatar\u00edan, esas part\u00edculas, su presencia por sus campos gravitatorios? Esta pregunta de Veltman me ha hecho pensar a m\u00ed, en m\u00e1s de una ocasi\u00f3n, en la materia oscura<\/a> oculta en esos campos de Higgs<\/a>, Sin embargo, dejan sentir su fuerza gravitatoria a trav\u00e9s de fluctuaciones de vac\u00edo.<\/p>\n

Todo esto que parece un aut\u00e9ntico rompecabezas, ser\u00e1 resuelto de manera definitiva cuando entendamos mucho mejor la teor\u00eda de la gravedad cu\u00e1ntica, y, eso, queda a\u00fan un poco lejos de nuestro alcance.<\/p>\n

La Teor\u00eda electrod\u00e9bil unifica las fuerzas d\u00e9bil y electromagn\u00e9tica adscribiendo las dos interacciones fundamentales, tan diferentes en sus manifestaciones, a un \u00fanico principio de simetr\u00eda. El modo en que esta simetr\u00eda gauge<\/a> electrod\u00e9bil queda oculta es una de las cuestiones m\u00e1s importantes que ha de resolver la F\u00edsica de Part\u00edculas. La respuesta m\u00e1s com\u00fanmente aceptada, incorporada a lo que conocemos como Modelo Standard de la F\u00edsica de Part\u00edculas qued\u00f3 formulada (seg\u00fan antes refer\u00eda) por Higgs<\/a>, Brout, Englert y otros en los a\u00f1os 60, el agente de la rotura de la simetr\u00eda electrod\u00e9bil es un campo escalar cuyas auto-interacciones seleccionan un estado del vac\u00edo en el que la simetr\u00eda electrod\u00e9bil queda oculta. El Mecanismo de Higgs<\/a> como es com\u00fanmente conocido confiere masa a los portadores de la fuerza d\u00e9bil W+<\/sup> y Z por analog\u00eda con el efecto Meissner en superconductividad. Este mecanismo abre la puerta a las masas de los quarks<\/a> y leptones<\/a> adem\u00e1s de dotar de forma al mundo que nos rodea.<\/p>\n

El Bos\u00f3n de Higgs<\/a> del Modelo Standard de las Part\u00edculas elementales (SM) se ha buscado de modo directo en el acelerador e+ <\/sup>e– <\/sup>LEP que produjo un l\u00edmite inferior para su masa de 114,3 GeV\/c2<\/sup> (al 95% de nivel de confianza).<\/p>\n

En la actualidad se contin\u00faa buscando en el colisionador prot\u00f3n<\/a>-antiprot\u00f3n<\/a> del Tevatr\u00f3n por los experimentos CDF y D0. En este caso se explora el rango de masa comprendido entre el l\u00edmite directo obtenido en LEP y aproximadamente 200 GeV\/c2<\/sup>. Cuando se realiza un ajuste que incluye todos los observables electrod\u00e9biles sensibles a trav\u00e9s de procesos virtuales a la existencia del Bos\u00f3n de Higgs<\/a> del SM, el rango de masa favorecido es mH<\/sub><\/span>< 144 GeV \/c2 <\/sup>(al 95% del nivel de confianza). Este l\u00edmite aumenta hasta 182 GeV\/c2<\/sup> cuando se incluyen el limite directo obtenido en LEP.<\/p>\n

Se espera que el acelerador prot\u00f3n<\/a>-prot\u00f3n<\/a> LHC produzca las primeras colisiones a la energ\u00eda de 14 TeV (se ha llegado a 7 TeV). Ya se han producido en las primeras colisiones experimentos que han explorado la escala de Fermi<\/a>, es decir, el r\u00e9gimen de energ\u00eda que corresponde a una energ\u00eda de alrededor de 1 TeV. Uno de los objetivos principales ser\u00e1 el de descubrir el origen del mecanismo de rotura espont\u00e1nea de la simetr\u00eda, por lo que la b\u00fasqueda del Bos\u00f3n de Higgs<\/a> es una de las tareas clave que han de llevar a cabo dichos experimentos CMS y ATLAS.<\/p>\n

En LHC se estudiar\u00e1 la part\u00edcula de Higgs<\/a> no s\u00f3lo para el caso del SM sino tambi\u00e9n en el marco de varias de sus extensiones, como el MSSM, Little Higgs<\/a> y otros, en todo el rango de una masa accesible en este colisionador, comenzando por el valor ya excluido en LEP. A partir de los estudios previos realizados por los dos experimentos CMS y ATLAS en su fase de preparaci\u00f3n para las colisiones en LHC, es posible concluir, que en un amplio rango de masa del Bos\u00f3n del Higgs<\/a> en el SM y muchas de sus extensiones, su descubrimiento ser\u00e1 posible con unos pocos fb-1<\/sup> de luminosidad integrada.<\/p>\n

El valor concreto de la masa de las part\u00edculas elementales que hoy conocemos determina muchos de los aspectos de nuestra vida cotidiana y del comportamiento y tama\u00f1o del Universo. Por ejemplo, la masa del electr\u00f3n<\/a>, determina la escala de longitud de nuestro mundo, a trav\u00e9s del radio de Bohr definido como: a = 1\/(\u03b1em <\/sub>me<\/sub>), si la masa del electr\u00f3n<\/a> fuese nula, no existir\u00eda siquiera el enlace at\u00f3mico, si fuese por ejemplo de 0,02 MeV\/c2<\/sup>, los humanos ser\u00edamos gigantes de 45 m. y la luz visible se encontrar\u00eda en el infrarrojo, y si la masa del electr\u00f3n<\/a> fuese como la del mu\u00f3n<\/a>, el siguiente lept\u00f3n<\/a> en la escala de masas, la captura nuclear de electrones<\/a> ser\u00eda energ\u00e9ticamente posible y pr\u00e1cticamente el \u00fanico \u00e1tomo existente ser\u00eda el He. Si los quarks<\/a> no tuvieran masa, o bien mu<\/sub>= md<\/sub>, y por tanto mp<\/sub>>mn, <\/sub>el proceso de desintegraci\u00f3n del prot\u00f3n<\/a> ser\u00eda posible, lo que llevar\u00eda a un proceso de nucleos\u00edntesis<\/a> completamente diferente.<\/p>\n

Los peque\u00f1os valores de la masa de los quarks<\/a> u y d dan cuenta de un importante detalle del espectro de los nucleaones. La observaci\u00f3n en contra de lo intuitivamente esperado de que el neutr\u00f3n<\/a>, neutro, (udd) es 1,29 MeV m\u00e1s masivo que el prot\u00f3n<\/a>, cargado, (uud) \u00a0se puede explicar por el hecho de que mdes m\u00e1s grande que mu<\/sub> justo por la cantidad necesaria para compensar la mayor energ\u00eda electromagn\u00e9tica interna del prot\u00f3n<\/a>. Junto con la fuerza de enlace nuclear esta diferencia de masa entre el neutr\u00f3n<\/a> y el prot\u00f3n<\/a> determinan la estructura de las desintegraciones radiactivas y el conjunto de los n\u00facleos estables.<\/p>\n

Si el Bos\u00f3n W no tuviese masa, o esta fuese mucho menor que su valor de cerca de 80,4 GeV\/c2<\/sup>, el proceso de fusi\u00f3n en las estrellas, y en particular en nuestro Sol, p+p\u2192D+e+v, determinado por GF\u02dc <\/sub>(Mw)<\/sub>-2<\/sup> se producir\u00e1 en un per\u00edodo de tiempo m\u00e1s corto y a menor temperatura, lo que no dejar\u00eda humanos en la Tierra.<\/p>\n

Podemos decir en en resumen, que los valores concretos de las masas de las part\u00edculas que componen la materia, incluso la materia ordinaria, como el electr\u00f3n<\/a> los quarks<\/a> u y d, y la del W son esenciales para la creaci\u00f3n y desarrollo del Universo.<\/p>\n

Es dif\u00edcil adentrarse en el mundo de lo infinitesimal, o, incluso hablar de ello, sin un conocimiento muy profundo de las leyes de la Naturaleza que rigen el mundo en el que viv\u00edmos y en el que, en un momento dado de la historia del Universo, surgimos como observadores que ahora, queremos desvelar sus secretos. Esos secretos tan bien guardados que tienen encerradas las respuestas a esas muchas preguntas que nadie, hasta el momento, ha sabido contestar.<\/p>\n

Nos valemos de nuestro ingenio y construimos m\u00e1quinas muy sofisticadas para que, puedan llegar hasta donde nosotros no podemos, y, nos puedan facilitar aquellos datos escondidos que no podemos ver, o, detectar, para nosotros, par\u00e1metros ocultos que nos podr\u00e1n hablar de la realidad del mundo que no es, precisamente, el que describen nuestras mentes a trav\u00e9s del “sentido com\u00fan” que, al igual que le pasa a la Relatividad General cuando llega a una singularidad<\/a>, tampoco sabe, en realidad, lo que tenemos ante nuestros ojos y no sabemos ver, o, bien, tampoco tienen la facultad de ver esos mundos ocultos que la Naturaleza utiliza para esconder sus maravillas. Tal podr\u00eda ser el caso de los campos de Higgs<\/a>, situados en eso que llamamos vac\u00edo, y, que posiblemente contenga m\u00e1s que este otro lado en el que nos encontramos nosotros. Lo \u00fanico que nos falta es poder acceder a \u00e9l (el “vac\u00edo”) para poder emitir un juicio verdadero de este Universo nuestro que, lleno de misterios, parece sonreir socarr\u00f3n ante nuestra ignorancia.<\/p>\n

emilio silvera<\/em><\/p>\n

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