{"id":5405,"date":"2012-07-06T06:01:23","date_gmt":"2012-07-06T05:01:23","guid":{"rendered":"http:\/\/www.emiliosilveravazquez.com\/blog\/?p=5405"},"modified":"2012-07-06T06:58:32","modified_gmt":"2012-07-06T05:58:32","slug":"%c2%a1%c2%a1el-boson-de-higgs","status":"publish","type":"post","link":"http:\/\/www.emiliosilveravazquez.com\/blog\/2012\/07\/06\/%c2%a1%c2%a1el-boson-de-higgs\/","title":{"rendered":"\u00a1\u00a1El Bos\u00f3n de Higgs!!"},"content":{"rendered":"

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El Acelerador LHC explorar\u00e1 con detalle la alta escala de energ\u00eda del TeV, con un potencial de descubrimiento de hasta 14 Tera electr\u00f3n<\/a> Voltios. Con esta trampa descomunal construida por el hombre, se espera atrapar al esquivo bos\u00f3n<\/a> que, seg\u00fan todos los indicios, es el que proporciona la masa a las part\u00edculas. Hoy creemos en la existencia de una presencia espectral en el Universo que nos impide conocer la verdadera naturaleza de la materia. Es como si algo quisiera impedirnos ese conocimiento final que nos dar\u00eda la luz necesaria para que, nuestras mentes, pudieran al fin comprender esa realidad del Universo que, hasta el momento, no hemos sabido vislumbrar, s\u00f3lo su sombra se nos aparece en algunos experimentos.<\/p>\n

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En los a\u00f1os 60 del S.XX, independientemente, P<\/strong>eter Higgs<\/a>, Francois Englert, Robert Brout, Gerald Guralnik, Dick Hagen y Tom Kibble<\/strong>, propusieron precisamente, que el universo estaba lleno de un campo m\u00e1s tarde llamado Campo de HIGGS<\/strong>. Como ya se ha comentado, las interacciones de las part\u00edculas con este campo provoca que adquieran masa<\/strong>. Podemos pues imaginar el espacio lleno de estas part\u00edculas virtuales (bosones<\/a> de Higgs<\/a><\/strong>) que al interaccionar con las dem\u00e1s part\u00edculas provocan en ellas “dicficultade” para moverse. Es decir, las part\u00edculas adquieren inercia y por tanto masa. A m\u00e1s interacci\u00f3n con el campo Higgs<\/a> m\u00e1s masa.<\/strong>Por ejemplo, los fotones<\/a> no interaccionan con ese campo mientras que los quarks<\/a> “top ” lo hacen muy intensamente.<\/p>\n

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Si existe una Nueva F\u00edsica, ser\u00e1 encontrada a esa escala de energ\u00eda, ya que, los detectores situados en el LHC, de gran potencia, la encontrar\u00e1n. Una de las predicciones m\u00e1s importantes es la de la presencia del Bos\u00f3n de Higgs<\/a> para esos valores de energ\u00eda. Se duscubrimiento, o exclusi\u00f3n completa, a\u00f1adir\u00e1 piezas crucilaes para nuestro entendimiento de los procesos fundamentales que rigen la F\u00edsica de Part\u00edculas, con fuerte impacto en las Astropart\u00edculas y la Cosmolog\u00eda.<\/p>\n

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Arriba podemos ver una recreaci\u00f3n de la interacci\u00f3n de dos gluones<\/a><\/strong> en el instante de la colisi\u00f3n de dos protones<\/a> del LHC, produci\u00e9ndose un bos\u00f3n<\/a> Higgs<\/a><\/strong>, un quark<\/a> t y un antiquark t. Estas tres part\u00edculas decaen en una combinaci\u00f3n de otros quarks<\/a> y leptones<\/a> muy particular que es muy dif\u00edcil que se den desde otros procesos. Recogiendo suficientes evidencias<\/strong> de se\u00f1ales como \u00e9sta podr\u00e1n las colaboraciones ATLAS y CMS descubrir el bos\u00f3n<\/a> Higgs<\/a><\/strong>.<\/p>\n

Los f\u00edsicos siempre han descubierto los secretos de la Naturaleza mediante la intuici\u00f3n de los f\u00edsicos y la experimentaci\u00f3n. La Teor\u00eda electrod\u00e9bil (es un buen ejemplo de ello) unifica la fuerza d\u00e9bil y electromagn\u00e9tica adscribiendo los dos interaccicones fundamentales, tan diferentes en sus manifestaciones, a un \u00fanico principio de simetr\u00eda. El modo en que este principio de simetr\u00eda gauge<\/a> electrod\u00e9bil queda oculta es una de las cuestiones m\u00e1s importantes que ha de resolver la Fisica de part\u00edculas. La respuesta m\u00e1s comunmente aceptada, incorporada a lo que conocemos como Modelo Est\u00e1ndar de la F\u00edsica de Part\u00edculas qued\u00f3 formulada por Higgs<\/a>, por Brout, Englert, Murray Gell-Mann y otros all\u00e1 por los a\u00f1os 60, el agente de la rotura de la simetr\u00eda es un campo escalar cuyas auto-interacciones seleccionan un estado del vac\u00edo en el que la simetr\u00eda electrod\u00e9bil queda oculta.<\/p>\n

\u00bfPodr\u00e1 ser el mecanismo Higgs<\/a>, la creaci\u00f3n de la masa en el Universo?<\/p>\n

\u201cLos dioses crearon al mundo con alguna imperfecci\u00f3n sim\u00e9trica. Esto, con el objetivo de que los humanos no sintieran envidia de sus poderes\u201d. Richard Feynmann (Premio Nobel de F\u00edsica)<\/p>\n

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Conforme nos acercamos a comprender el mismo instante del Big Bang<\/a>, crece nuestra excitaci\u00f3n, nos da la sensaci\u00f3n de que casi parece que tocamos el momento de la creaci\u00f3n. Ese sentimiento es el que debe haber experimentado la persona que bautiz\u00f3 a la part\u00edcula llamada Bos\u00f3n de Higgs<\/a>, por ser la part\u00edcula cu\u00e1ntica asociada a un campo escalar llamado de Higgs<\/a>, capaz de conferir masa al resto de las part\u00edculas y a la propia (podr\u00eda haber recibido tambi\u00e9n el nombre de otros colegas como Brout, Engler o Kibble, como reconoce el propio Peter Ware Higgs<\/a>).<\/p>\n

En un estado inicial unificado y sim\u00e9trico (las cuatro fuerzas constitu\u00edan una sola fuerza unificada y sim\u00e9trica) existir\u00edan unos campos asociados con part\u00edculas de interacci\u00f3n sin masa. La idea fundamental del mecanismo de Higgs<\/a> consiste en introducir un nuevo campo escalar que ofrece la propiedad de no anularse en el vac\u00edo, pues anularlo costar\u00eda energ\u00eda. El estado inicial sim\u00e9trico ser\u00eda similar a lo que ocurre en la figura, la base de una botella de vino. Si situamos en el punto superior de la base una bolita, nos encontraremos con una situaci\u00f3n perfectamente sim\u00e9trica pero inestable (campos sin masa). De forma espont\u00e1nea, esta simetr\u00eda tender\u00e1 a romperse en direcci\u00f3n de una situaci\u00f3n final no sim\u00e9trica pero con menor energ\u00eda potencial, la bolita descansar\u00e1 en la parte m\u00e1s baja de la base (campos con part\u00edculas asociadas con masa).<\/p>\n

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Una simetr\u00eda puede ser perfecta en el plano de las ecuaciones y resultar rota en el plano de las soluciones. Como dec\u00eda Weinberg: \u00abAunque una teor\u00eda postule un alto grado de simetr\u00eda, no es necesario que los estados de las part\u00edculas muestren la simetr\u00eda. Nada me parece tan halag\u00fce\u00f1o en f\u00edsica como la idea de que una teor\u00eda puede tener un alto grado de simetr\u00eda que se nos oculta en la vida<\/p>\n

El Mecanismo de Higgs<\/a> como es com\u00fanmente conocido confiere masa a los portadores de la fuerza d\u00e9bil W+, W- y Z por analog\u00eda con el efecto Meissner en superconductividad. Este mecanismo abre las puertas a la masa de los quarks<\/a> y leptones<\/a> adem\u00e1s de dotar de forma el mundo que nos rodea. El Bos\u00f3n de Higgs<\/a> del Modelo Est\u00e1ndard de las Part\u00edculas Elementales se ha buscado de modo directo en el acelerador e+ e- LEP que produjo un l\u00edmite inferior para su masa de 114,3 GeV\/c2 (al 95% del nivel de confianza).<\/p>\n

El Bos\u00f3n de Higgs<\/a> se ha buscado tambi\u00e9n 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 por el LEP y aproximadamente 200 GeV\/c2.<\/p>\n

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Viendo estas maravillas de la t\u00e9cnica y de la electr\u00f3nica, que llevan incorporados los m\u00e1s rfinados avances de la Ciencia enn materia de Aceleradores y potencias, no podemos dudar de que, al menos, el intento de buscar el Bos\u00f3n de Higgs<\/a>, ha sido bueno y…caro.<\/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 en la segunda mitad del 2009. Los experimentos de prop\u00f3sito general que est\u00e1n siendo actualmente colocados en el mismo, explorar\u00e1n la escala de Fermi<\/a>, es decir, el regimen de energ\u00eda que corresponde a una energ\u00eda de alrededor de un TeV durante la pr\u00f3xima d\u00e9cada. Uno de sus objetivos principales ser\u00e1 el de descubrir el origen del Mecanismo de Rotura Expont\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

Los dos primeros Bosones vectoriales Z observados en el detector ATLAS del LHC del CERN.<\/h2>\n

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Otro bos\u00f3n<\/a> Z observado en el experimento ATLAS el 10 de mayo de 2010 (decae en un par mu\u00f3n-antimu\u00f3n<\/a>). (C) CERN<\/strong><\/p>\n

El LHC del CERN ya lleva acumulados unos 10 inversos de nanobarn de colisiones, por lo que los experimentos CMS y ATLAS ya tienen que haber observado, en teor\u00eda, unos 1000 bosones<\/a> W, unos cientos de bosones<\/a> Z y unos pocos quarks<\/a> top. Acaba de aparecer en la web del experimento ATLAS las que se afirma que son las dos primeras observaciones de bosones<\/a> Z en su detector, un Z que decae en un par electr\u00f3n-positr\u00f3n (9 de mayo) y otro Z que decae en un par mu\u00f3n-antimu\u00f3n<\/a> (10 de mayo). La web del experimento CMS todav\u00eda no ha sido actualizada desde que present\u00f3 los primeros eventos observados el 30 de marzo.<\/p>\n

En LHC se estudiar\u00e1 la part\u00edcula de Higgs<\/a> no s\u00f3lo para el caso del CMS sino tambi\u00e9n en el marco de varias de sus extensiones, como el MSSM, Little Higgs<\/a> y otros, en todo el rango de 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 sus fases de preparaci\u00f3n para las colisiones en LHC (ya se ha producido), es posible concluir, que en un amplio rango de masa del Bos\u00f3n de Higgs<\/a> en el SM y muchas de sus extensiones, su descubrimiento ser\u00e1 posible con unos pocos fb exp. -1 de luminosidad integrada.<\/p>\n

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Mira que si despu\u00e9s de tanto ruido el Higgs<\/a> no aparece. A m\u00e1s de uno se nos quedar\u00eda cara de alelado, despu\u00e9s de estar a\u00f1os hablando de ella y peleando por su existencia para completar el Modelo Est\u00e1ndard de Part\u00edculas…\u00a1Qu\u00e9 Frustraci\u00f3n! Pero, de algo s\u00ed estoy convencido, el LHC nos encontrar\u00e1 muchas m\u00e1s cosas aparte del dichoso Bos\u00f3n.<\/p>\n

La Masa de las Part\u00edculas y el Mecanismo de Higgs<\/a>.<\/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 Bhor, cuya definici\u00f3n obvio aqu\u00ed por no entrar en complejidades que ser\u00edan molestas para el lector no versado.<\/p>\n

Podemos decir, 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> y los quarks<\/a> up y down, y la del W son esenciales para la creaci\u00f3n y desarrollo del Universo.<\/p>\n

Pero el modelo est\u00e1ndar no est\u00e1 libre de problemas, m\u00e1s bien al contrario, est\u00e1 repleto de problemas para los que no hay una \u00fanica soluci\u00f3n sino muchas propuestas alternativas, a cada cual m\u00e1s ex\u00f3tica. Cada propuesta conlleva una serie de predicciones que a\u00fan no han sido verificadas o descartadas experimentalmente. Sobre todo teniendo en cuenta que estas propuestas incluyen par\u00e1metros libres que se pueden ajustar a las observaciones experimentales. Conforme exploramos energ\u00edas m\u00e1s altas sin observar estas predicciones, los par\u00e1metros se ajustan para dejar la puerta abierta en escalas de energ\u00eda a\u00fan m\u00e1s altas.<\/p>\n

El mayor problema del modelo est\u00e1ndar en la actualidad es la masa de los bosones<\/a> vectoriales W y Z, las part\u00edculas portadoras de la fuerza electrod\u00e9bil<\/a>, junto al fot\u00f3n<\/a>. El fot\u00f3n<\/a> es una part\u00edcula vectorial transversal, el campo electromagn\u00e9tico vibra en un plano perpendicular a la direcci\u00f3n de movimiento. Los bosones<\/a> W y Z tienen masa lo que significa que su campo, adem\u00e1s de dos componentes transversales, tambi\u00e9n tiene una tercera componente longitudinal (WL<\/sub>,ZL<\/sub>). Estas componentes longitudinales introducen t\u00e9rminos no renormalizables en la teor\u00eda, es decir, contribuciones que crecen conforme la energ\u00eda crece hasta volverse infinito. T\u00e9cnicamente, los t\u00e9rminos matem\u00e1ticos que describen la masa de estos bosones<\/a> intermedios violan la simetr\u00eda SU(2)xU(1) y destruyen la unitariedad de la teor\u00eda a alta energ\u00eda.<\/p>\n

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Para resolver el problema de la masa de los bosones<\/a> W y Z en el modelo est\u00e1ndar se han propuesto diferentes mecanismos. El m\u00e1s sencillo y el primero en ser propuesto es el mecanismo de Hagen-Englert-Guralnik-Higgs<\/a>-Brout-Kibble, normalmente abreviado como mecanismo de Higgs<\/a>, para explicar la ruptura de la simetr\u00eda electrod\u00e9bil. Dicho mecanismo predice la existencia de una nueva part\u00edcula, a\u00fan por descubrir, llamada part\u00edcula de Higgs<\/a> (un bos\u00f3n<\/a> escalar neutro en el modelo est\u00e1ndar m\u00ednimo). Esta part\u00edcula es un bos\u00f3n<\/a> de esp\u00edn<\/a> cero neutro que se acopla a los bosones<\/a> W y Z de una forma muy particular, exactamente la forma necesaria para lograr resolver los problemas de alta energ\u00eda del modelo est\u00e1ndar debidos a que estos bosones<\/a> tienen masa. Cualquier otro bos\u00f3n<\/a> escalar neutro que se acople a dichos bosones<\/a> W y Z pero que lo haga de forma ligeramente distinta ser\u00e1 un impostor del Higgs<\/a>, pero no ser\u00e1 el Higgs<\/a>. La figura de la izquierda muestra exactamente c\u00f3mo debe acoplarse el bos\u00f3n<\/a> de Higgs<\/a>. Un Higgs<\/a> impostor se acopla de forma muy parecida pero no igual, como muestran las f\u00f3rmulas de la derecha, introduciendo t\u00e9rminos que est\u00e1n multiplicados por un n\u00fameros que para el Higgs<\/a> verdadero valen exactamente la unidad. Como muestra la figura de abajo, los tests de precisi\u00f3n de los par\u00e1metros de la teor\u00eda electrod\u00e9bil prefieren un Higgs<\/a> de baja masa y prefieren un Higgs<\/a> convencional. Un Higgs<\/a> impostor debe tener 0\u201986 < a <\/em>?1 y estar compuesto por un par de fermiones<\/a> de m\u00e1s de 500 GeV. Para el LHC, si no existe el Higgs<\/a> convencional, ser\u00e1 muy dif\u00edcil encontrar un Higgs<\/a> impostor con estas caracter\u00edsticas.<\/p>\n

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\u00bfEstar\u00e1 el Bos\u00f3n en algunas de estas pantallas? Bueno, cientos de f\u00edsicos de todo el Mundo est\u00e1n revisando los resultados de las pruebas efectuadas hasta el momento y que pueden llenar una habitaci\u00f3n de Cds. Encontrarlo, no ser\u00e1 f\u00e1cil pero…\u00bfqui\u00e9n sabe?<\/p>\n

El Mecanismo de Higgs<\/a> que distingue el electromagnetismo de la interacci\u00f3n d\u00e9bil es en resumen, de capital importancia para dar forma a nuestro mundo, d\u00e1ndo cuenta de las masas de las part\u00edculas intermedias de la interacci\u00f3n d\u00e9bil, y dentro del SM proporcionando masa a los quarks<\/a> y leptones<\/a>. La comprensi\u00f3n de este mecanismo, o de cualquier otro que explique estas propiedades, nos dar\u00e1 buenas posibilidades para explicar por que los \u00e1tomos existen, como dichos \u00e1tomos pueden formar el enlace qu\u00edmico, y la raz\u00f3n por la que las estructuras estables son posibles. La respuesta a estas cuestiones que son algunas de las m\u00e1s importantes que la Humanidad se ha preguntado, est\u00e1n actualmente dentro del alcance de la F\u00edsica de Part\u00edculas.<\/p>\n

En la pr\u00f3xima d\u00e9cada, principalmente los experimentos situados en LHC llevar\u00e1n a cabo exploraciones definitivas a la escala de Fermi<\/a> a energ\u00edas de alrededor de 1 TeV. Esto permitir\u00e1 probar escalas m\u00e1s peque\u00f1as que 10 exp. -18 m, y previsiblemente llevar\u00e1 a entender el Mecanismo de Rotura de la Simetr\u00eda Electro-D\u00e9bil, para lo cual una parte crucial ser\u00e1 la de buscar el Bos\u00f3n de Higgs<\/a> y medir sus propiedades.<\/p>\n

De ser cierto que el agente de la rotura expont\u00e1nea de la simetr\u00eda es un escalar elemental como ocurrir\u00eda en el SM, ser\u00eda la primera part\u00edcula de \u00e9ste tipo conocida experimentalmente. Entender su comportamiento podr\u00eda llevar a nuevas ideas acerca de la din\u00e1mica del Universo en los primeros instantes, y eventualmente al origen de la energ\u00eda oscura.<\/p>\n

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\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0 \u00c9l nos dijo que la masa era energ\u00eda pero, no podr\u00e1 decirnos qu\u00e9 masa tiene el Bos\u00f3n de Higgs<\/a><\/p>\n

La teor\u00eda electrod\u00e9bil no predice la masa del Bos\u00f3n de Higgs<\/a> puesto que los par\u00e1metros de los que depende el potencial de Higgs<\/a> no los explica. Como ya se ha mencionado, la b\u00fasqueda directa del Bos\u00f3n del Higgs<\/a> LEP ha proporcionado un l\u00edmite inferior a su masa de 114,3 GeV\/c2 (al 95% ndel nivel de confianza).<\/p>\n

Como vereis amigos, la b\u00fasqueda del Bos\u00f3n de Higgs<\/a> es tan importante para la Humanidad como la de conocer el Universo mejor, tener un Modelo Est\u00e1ndar de la F\u00edsica de Part\u00edculas que sea acorde a la realidad, encontrar incluso indicios de la energ\u00eda oscura y, as\u00ed podr\u00edamos seguir exponiendo aqu\u00ed lo enorme del proyecto y de sus resultados. Y, precisamente, por esa raz\u00f3n, cuando oigo o leo las tonterias que van diciendo algunos ignorantes por ah\u00ed, me revelo contra la falta de cordura y racionalidad.<\/p>\n

El LHC nos traer\u00e1 muchas alegrias, incluso aunque algunas de las esperanzas en \u00e9l puestas no sean confirmadas, nos dar\u00e1 la respuesta cierta a que estabamos equivocado y podremos enmendar el camino a seguir.<\/p>\n

Las \u00faltimas noticias aconsejan reponer este trabajo.<\/p>\n

Emilio Silvera<\/em><\/p>\n

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