{"id":23808,"date":"2019-06-20T03:43:58","date_gmt":"2019-06-20T02:43:58","guid":{"rendered":"http:\/\/www.emiliosilveravazquez.com\/blog\/?p=23808"},"modified":"2019-06-20T03:43:58","modified_gmt":"2019-06-20T02:43:58","slug":"ciencias-fisicas-y-sus-personajes","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.emiliosilveravazquez.com\/blog\/2019\/06\/20\/ciencias-fisicas-y-sus-personajes\/","title":{"rendered":"Ciencias F\u00edsicas y sus personajes"},"content":{"rendered":"

La vida de la ciencia<\/strong><\/p>\n

Y el Premio Nobel de F\u00edsica es para\u2026 Englert y Higgs<\/a><\/strong><\/p>\n

Carlos Mu\u00f1oz<\/strong><\/p>\n

Con el descubrimiento del bos\u00f3n<\/a> de Higgs<\/a> se culmina el modelo est\u00e1ndar de la F\u00edsica de Part\u00edculas. En este art\u00edculo revisamos la historia y la f\u00edsica detr\u00e1s de este gran descubrimiento. Desde por qu\u00e9 s\u00f3lo Englert y Higgs<\/a> han recibido el Premio Nobel, hasta qu\u00e9 es eso del vac\u00edo de Higgs<\/a> y c\u00f3mo contribuye a generar las masas de las part\u00edculas elementales.<\/p>\n

El Nobel, \u00bfpor qu\u00e9?<\/strong><\/p>\n

Desde que el 4 de julio de 2012, los representantes de los experimentos CMS y ATLAS del LHC anunciaron el CERN que ten\u00edan evidencias del haber detectado el bos\u00f3n<\/a> de Higgs<\/a>, el Nobel estaba cantado. \u00bfPor qu\u00e9?<\/p>\n

\u00b7 Primero, porque \u201cel Higgs<\/a>\u201d es una nueva part\u00edcula elemental con propiedades muy especiales.<\/p>\n

Tiene una masa enorme, 125 veces mayor que la del prot\u00f3n<\/a>. Solamente el quark<\/a> top es m\u00e1s pesado. Adem\u00e1s, es la primera part\u00edcula con esp\u00edn<\/a> 0 (es un escalar). Todas las dem\u00e1s part\u00edculas son fermiones<\/a> con esp\u00edn<\/a> \u00b9\/2, como los quarks<\/a>, electrones<\/a> y neutrinos<\/a>, o bosones<\/a> (de gauge<\/a>) con esp\u00edn<\/a> 1 como los fotones<\/a>, los gluones<\/a> y los W y Z.<\/p>\n

\u00b7 Segundo, y todav\u00eda m\u00e1s espectacular, porque el (campo de) Higgs<\/a> define el vac\u00edo de la naturaleza, es de hecho el propio vac\u00edo.<\/p>\n

En la teor\u00eda cu\u00e1ntica de campos que describe el mundo de las part\u00edculas elementales, \u00e9stas no son los objetos fundamentales sino los campos. Las part\u00edculas son las excitaciones energ\u00e9ticas de los campos. Lo podemos entender intuitivamente si pensamos en el campo electromagn\u00e9tico.<\/p>\n

Si creamos un campo que se distribuye por el espacio y lo perturbamos (por ejemplo el campo creado por un electr\u00f3n<\/a> cuando \u00e9ste se acelera), la perturbaci\u00f3n se propaga en forma de ondas electromagn\u00e9ticas (como la luz) que no son m\u00e1s que las part\u00edculas llamadas fotones<\/a>. El campo es como el agua de un estanque y las part\u00edculas son como las ondas de agua que se producen cuando lanzamos una piedra.<\/p>\n

De manera semejante al fot\u00f3n<\/a>, el electr\u00f3n<\/a> est\u00e1 asociado a las vibraciones del campo del electr\u00f3n<\/a> o el Higgs<\/a> a las vibraciones del campo de Higgs<\/a>. En este \u00faltimo caso, dada la enorme masa del Higgs<\/a>, esas vibraciones tan energ\u00e9ticas s\u00f3lo se pueden producir en un acelerador como el LHC donde los protones<\/a> colisionan a una velocidad pr\u00f3xima a la de la luz.\u00a0 Hay que tirar una piedra muy pesada para que las ondas sean muy grandes.<\/p>\n

Pero hay una diferencia crucial entre el campo de Higgs<\/a> y el resto de los campos. Intuitivamente dir\u00edamos que el valor de cualquier campo en el vac\u00edo deber\u00eda ser nulo, porque parece l\u00f3gico que en el vac\u00edo no haya nada, al igual que un estanque vac\u00edo no tiene agua. Sin embargo, el campo de Higgs<\/a> tiene un valor \u00a1no nulo! Es como si no pudi\u00e9semos vaciar el estanque del todo y siempre quedase un cierto nivel de agua. Es decir, que el vac\u00edo cu\u00e1ntico est\u00e1 lleno del campo de Higgs<\/a>. El campo de Higgs<\/a> est\u00e1 en todas partes, permea todo el universo.<\/p>\n

Dado que en Mec\u00e1nica Cu\u00e1ntica el vac\u00edo se define como el estado de m\u00ednima energ\u00eda y en nuestro vac\u00edo siempre est\u00e1 en el campo de Higgs<\/a> y por tanto hay energ\u00eda, podemos decir que el vac\u00edo es un vac\u00edo de Higgs<\/a>. Por eso el Higgs<\/a> tiene esp\u00edn<\/a> 0, porque el vac\u00edo no puede tener orientaciones especiales.<\/p>\n

\u00b7 Y el tercero, porque el campo de Higgs<\/a> genera las masas de todas las part\u00edculas elementales. \u00bfQui\u00e9n da m\u00e1s por menos?<\/p>\n

Lo podemos entender intuitivamente de la siguiente manera. Cuando las part\u00edculas elementales se mueven en el vac\u00edo (de Higgs<\/a>), est\u00e1n interaccionando con el campo de Higgs<\/a> del que est\u00e1 lleno dicho vac\u00edo. Las que m\u00e1s interaccionan tienen mayor masa porque es como si \u201crozasen\u201d mucho con el campo y se viesen frenadas en su movimiento, como un objeto que se desplazase dentro del agua del estanque. Las que interaccionan menos se mueven m\u00e1s f\u00e1cilmente y decimos que tienen menos masa. Como toda explicaci\u00f3n intuitiva del mundo cu\u00e1ntico, \u00e9sta tambi\u00e9n es imperfecta porque el rozamiento no existe en ese mundo y por tanto las part\u00edculas con una velocidad dada no acabar\u00e1n par\u00e1ndose. La interacci\u00f3n\/rozamiento con el campo\/fluido de Higgs<\/a> s\u00f3lo les produce el efecto de una masa.<\/p>\n

No vamos a negar la evidencia, lo del campo de Higgs<\/a> se parece mucho a la idea fallida del \u00e9ter del siglo XIX, que lo permeaba todo para que las ondas electromagn\u00e9ticas se pudiesen propagar en lo que aparentemente era espacio vac\u00edo, pero que en realidad estaba lleno del \u00e9ter. El mecanismo resucit\u00f3 en el siglo XX convertido en el campo de Higgs<\/a>, pero de una forma que es compatible con la relatividad<\/a> espacial y los experimentos nos dicen en el siglo XXI que \u00a1funciona!<\/p>\n

El Nobel \u00bfPara qui\u00e9n?<\/strong><\/p>\n

La idea del Higgs<\/a> surgi\u00f3 de c\u00e1lculos te\u00f3ricos hace la friolera de cuarenta y nueve a\u00f1os. \u00bfNo merecen ser entonces los te\u00f3ricos los primeros que reciban los honores del Nobel?, no s\u00f3lo por el tiempo que lo han estado esperando, sino tambi\u00e9n por la extraordinaria imaginaci\u00f3n que tuvieron al proponer tan extra\u00f1a part\u00edcula y el espectacular mecanismo al que est\u00e1 asociada, que hace que se generen las masas de todas las dem\u00e1s part\u00edculas. Adem\u00e1s, \u00bfqui\u00e9n se hubiese atrevido a escoger a tan s\u00f3lo unos pocos experimentales entre todos los muchos que han contribuido a construir y manejar esa m\u00e1quina monstruosa que es el LHC? Los estatutos de la Fundaci\u00f3n Nobel dicen: \u201cIn no case may a prize be divided between more than three persons\u201d. Lo que hay que reconocer es que sin el descubrimiento de los experimentales, los te\u00f3ricos seguir\u00edan sin su premio, y as\u00ed lo viene a expresar el Comit\u00e9 Nobel cuando en su anuncio dice \u201cfor the theoretical Discovery of a mechanism that contributes to our understanding of the origin off mass of subatomic particles, and which recently was confirmed through the discovery of the predicted fundamental particle, by the ATLAS and CMS experiments at CERN\u2019s Large Hadron Collider\u201d.<\/p>\n

En realidad, la historia no se acaba con los trabajos de EB y Higgs<\/a> (EBH) de 1964. El 12 de octubre del mismo a\u00f1o se recibe un art\u00edculo escrito por los estadounidenses Guralnik y Hagen y por el brit\u00e1nico Kibble (GHK), donde proponen el mismo mecanismo para generar las masas de los bosones<\/a> de gauge<\/a>. \u00bfSe les deber\u00eda haber considerado tambi\u00e9n para el Nobel? Por desgracia para ellos, su trabajo lleg\u00f3 a la revista tres meses y medio m\u00e1s tarde que el de EB. Adem\u00e1s, en el art\u00edculo de GHK aparecen citados los tres trabajos anteriores de EBH y por tanto el Comit\u00e9 Nobel no pudo tener la seguridad de que no los hubiesen usado para sus propios resultados.<\/p>\n

3. El Higgs<\/a>, \u00bfpor qu\u00e9 culmina el modelo est\u00e1ndar?<\/strong><\/p>\n

Con el descubrimiento de Higgs<\/a>, que confirma el mecanismo con el que las part\u00edculas adquieren masa, podemos celebrar con orgullo la culminaci\u00f3n del modelo est\u00e1ndar de la F\u00edsica de Part\u00edculas. Sin embargo, no fueron EBH quienes aplicaron su mecanismo a la teor\u00eda correcta, al concentrarse err\u00f3neamente en su aplicaci\u00f3n a los modelos hadr\u00f3nicos. El honor le correspondi\u00f3 al estadounidense Weinberg y al paquistan\u00ed Salam, cuando de manera independiente se encajaron todas las piezas del rompecabezas en 1967 y construyeron la teor\u00eda electrod\u00e9bil. Para ello aplicaron el mecanismo de EHB al modelo de los leptones<\/a> del estadounidense Glashow (los tres recibieron el Nobel en 1979), de forma que consiguieron generar masas para los bosones<\/a> mediadores de la interacci\u00f3n d\u00e9bil W y Z a trav\u00e9s de un valor no nulo en el vac\u00edo para el campo de Higgs<\/a>. Asimismo, acoplando el campo de Higgs<\/a> a los leptones<\/a> (electr\u00f3n<\/a>, muon, tau<\/a>) consiguieron generar las masas de estos \u00faltimos.<\/p>\n

Posteriormente, en 1971 los holandeses \u2018t Hooft y Veltman (Premios Nobel 1999) demuestran que gracias al mecanismo de EBH el modelo de Weinberg-Salam<\/a> es renormalizable, es decir que es matem\u00e1ticamente consistente y que no se obtienen infinitos cuando se calculan por ejemplo choques de part\u00edculas en aceleradores. El italiano Rubbia y el holand\u00e9s van der Meer (Premios Nobel 1984), descubrieron los bosones<\/a> W y Z en el CERN en 1983, con las masas predichas de la teor\u00eda electrod\u00e9bil.<\/p>\n

En 1973 se acab\u00f3 de construir la teor\u00eda de las interacciones fuertes entre gluones<\/a> y quarks<\/a>, donde estos \u00faltimos, al igual que los leptones<\/a>, adquieren masa a trav\u00e9s del mecanismo de EBH. De esta forma, la estructura del modelo est\u00e1ndar englobando a las interacciones fuertes y electrod\u00e9biles quedaba establecida.<\/p>\n

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La vida de la ciencia Y el Premio Nobel de F\u00edsica es para\u2026 Englert y Higgs Carlos Mu\u00f1oz Con el descubrimiento del bos\u00f3n de Higgs se culmina el modelo est\u00e1ndar de la F\u00edsica de Part\u00edculas. En este art\u00edculo revisamos la historia y la f\u00edsica detr\u00e1s de este gran descubrimiento. Desde por qu\u00e9 s\u00f3lo Englert y […]<\/p>\n","protected":false},"author":2,"featured_media":0,"comment_status":"open","ping_status":"open","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"_s2mail":"yes","footnotes":""},"categories":[6],"tags":[],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/www.emiliosilveravazquez.com\/blog\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/23808"}],"collection":[{"href":"https:\/\/www.emiliosilveravazquez.com\/blog\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/www.emiliosilveravazquez.com\/blog\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.emiliosilveravazquez.com\/blog\/wp-json\/wp\/v2\/users\/2"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.emiliosilveravazquez.com\/blog\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=23808"}],"version-history":[{"count":0,"href":"https:\/\/www.emiliosilveravazquez.com\/blog\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/23808\/revisions"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/www.emiliosilveravazquez.com\/blog\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=23808"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.emiliosilveravazquez.com\/blog\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=23808"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.emiliosilveravazquez.com\/blog\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=23808"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}