Después de años de investigaciones y millones gastados en ellas el centro Europeo de Física de Partículas anuncio el descubrimiento de una partícula que podría ser el Bosón de Higgs también conocido como "Partícula de Dios". El Bosón de Higgs es una esquiva partícula subatomica que encierra muchos secretos del origen del universo; es también el único Bosón sin descubrir del modelo estándar, la responsable de la masa de las demás partículas subatomicas y sin la cual sencillamente el universo no existiría tal y como es conocido. Todos nuestros conocimientos sobre lo que es y como funciona la materia están recogidos en una teoría que se llama "Modelo Estándar"; Hay, aparecen todos los tipos de partículas que existen. La Partícula de Dios es un enigma de modelo y su descubrimiento podría cambiar nuestros conocimientos sobre el universo. De manera sencilla lo explico Martinus Veltman, el físico holandés Laureano del premio Nobel. Si la masa de la partícula corresponde a las predicciones de los científicos, el universo debería tener el tamaño de una pelota de fútbol. Esta afirmación del físico provoco cierta preocupación y lanzo la pregunta ¿si el Bossón de Higgs es una amenaza a la humanidad o no? Sin embargo los expertos intentaron calmar estas pasiones. Andréi Golutvin (Portavoz del centro Europeo de Física de Partículas) Dice: "Tras años de búsqueda de la Partícula de Higgs somos testigos de un momento histórico, el peligro de este descubrimiento fue enormemente subestimado, pero explicar a la gente común y corriente ¿que es esta partícula? es quizás mas complicado que hallarla". Otro enigma de la así llamada Paticula de Dios es el Campo de Higgs, es una misteriosa sustancia gracias a la cual todas las partículas tienen masa que no es lo mismo que el peso. La masa de un objeto es constante mientras que el peso depende de gravedad, así el origen de la masa es desconocido y es una materia misteriosa. El descubrimiento Bosón de Higgs podría aclarar ciertas reglas según las cuales la masa existe en el universo.Sin embargo, muchos científicos creen que el hecho de probar que la Partícula de Dios existe no solo abre nuevas puertas en el mundo de Física sino también conlleva a mas preguntas y misterios.
Los físicos de partículas creen que la materia está hecha de partículas fundamentales cuyas interacciones están mediadas por partículas de intercambio conocidas como partículas portadoras.A comienzos de la década de 1960 habían sido descubiertas o propuestas un número de estas partículas, junto con las teorías cómo se relacionaban entre sí. Sin embargo era conocido que estas teorías estaban incompletas. Una omisión era que no podían explicar los orígenes de la masa como una propiedad de la materia. El teorema de Goldstone, relacionado con la simetría continua dentro de algunas teorías, también parecía descartar muchas soluciones obvias.
El mecanismo de Higgs es un proceso mediante el cual los bosones vectoriales pueden
obtener masa invariante sin romper explícitamente invariancia de gauge. La propuesta de ese
mecanismo de ruptura espontánea de simetría fue sugerida originalmente en 1962 por Philip Warren Anderson y, en 1964, desarrollada en un modelo relativista completo de forma independiente y casi
simultáneamente por tres grupos de físicos: por Francois Englert y Robert Brout;
Las propiedades del modelo fueron adicionalmente consideradas por Guralnik en
1965 y Higgs en 1966. Los papeles mostraron que cuando una teoría de gauge es combinada con
un campo adicional que rompe espontáneamente la simetría del grupo, los bosones
de gauge pueden adquirir consistentemente una masa finita. En 1967, Steven Weinberg y Abdus Salam fueron los primeros en aplicar el
mecanismo de Higgs a la ruptura de la simetría electro débil y mostraron cómo
un mecanismo de Higgs podría ser incorporado en la teoría electro-débil de Sheldon Glashowde, en lo que se convirtió
en el modelo estándar de física de
partículas.
Los tres artículos escritos
en 1964 fueron reconocidos como un hito durante la celebración del aniversario
50º de la Physical Review Letters. Sus seis autores también fueron
galardonados por su trabajo con el Premio de J.J.Sakurai para física teórica de partículas (el mismo año también surgió una
disputa; en el evento de un Premio Nobel,
hasta 3 científicos serían elegibles, con 6 autores acreditados por los
artículos). Dos de los tres artículos del PRL (por
Higgs y GHK) contenían ecuaciones para el hipotético campo que
eventualmente se conocería como el campo de Higgs y su hipotético cuanto, el bosón de Higgs.
El artículo subsecuente de Higgs, de 1966, mostró el mecanismo de decaimiento
del bosón; sólo un bosón masivo puede decaer y las desintegraciones pueden
demostrar el mecanismo.
En el artículo de Higgs el
bosón es masivo, y en una frase de cierre Higgs escribe que "una
característica esencial" de la teoría "es la predicción de
multipletes incompletos de bosones escalares y vectoriales". En el
artículo de GHK el bosón no tiene masa y está desacoplado de estados masivos.
En los exámenes de 2009 y 2011, Guralnik afirma que en el modelo GHK el bosón
es sólo en una aproximación de orden más bajo, pero no está sujeta a ninguna restricción
y adquiere masa a órdenes superiores y agrega que el artículo de GHK fue el
único en mostrar que no hay ningún bosón de Goldstone sin masa en el modelo y en dar un
completo análisis del mecanismo general de Higgs.
Además de explicar cómo la
masa es adquirida por bosones de vector, el mecanismo de Higgs también predice
la relación entre las masas de los bosones W y Z,
así como sus acoplamientos entre sí y con el modelo estándar de
quarks y leptones. Posteriormente, muchas de estas predicciones han sido
verificados por precisas mediciones en los colisionadores LEP y SLC, abrumadoramente
confirmando que algún tipo de mecanismo de Higgs tiene lugar en la naturaleza, pero aún no se ha descubierto la
manera exacta por la que sucede. Se espera que los resultados de la búsqueda
del bosón de Higgs proporcione evidencia acerca de cómo esto es realizado en la
naturaleza.
Antes
del año 2000, los datos recogidos en el Large Electron-Positron collider (LEP) en el CERN para la masa del
bosón de Higgs del modelo estándar, habían permitido un límite inferior
experimental de 114.4 GeV/c2 con
un nivel de confianza del 95% (CL). El mismo experimento ha
producido un pequeño número de eventos que podrían interpretarse como
resultantes de bosones de Higgs con una masa de alrededor de 115 GeV, justo por
encima de este corte, pero el número de eventos fue insuficiente para sacar
conclusiones definitivas.
En el Tevatrón del Fermilab, también hubo
experimentos en curso buscando el bosón de Higgs. A partir de julio de 2010,
los datos combinados de los experimentos del CDF y
el DO en
el Tevatron eran suficientes para excluir al bosón de Higgs en el rango de 158
-175 GeV/c2 al 95% de
CL.Resultados preliminares a partir de
julio de 2011 extendieron la región excluida para el rango de 156-177 GeV/c2 al 95% de CL.
La recopilación de datos y
análisis en la busca de Higgs se intensificaron desde el 30 de marzo de 2010,
cuando el LHC comenzó a operar en 3,5 TeV. Resultados preliminares de los
experimentos ATLAS y CMS del LHC, a partir de julio de 2011,
excluyen un bosón de Higgs de modelo estándar en el rango de masa 155-190 GeV/c2 y 149-206 GeV/c2, respectivamente, en el 95% CL.
A partir de diciembre de
2011 la búsqueda se había estrechado aproximadamente a la región de 115–130 GeV
con un enfoque específico alrededor de 125 GeV, donde tanto el experimento del
ATLAS y el CMS informan independientemente un exceso de eventos, lo que significaba que, en este rango
de energía, se detectaron, en un número mayor que el esperado, patrones de
partículas compatibles con la decadencia de un bosón de Higgs. Los datos eran
insuficientes para mostrar si estos excesos fueron debido a fluctuaciones de
fondo (es decir, casualidad aleatoria u otras causas), y su significado
estadístico no era lo suficientemente grande como para sacar conclusiones o aún
ni siquiera para contar formalmente como una "observación", pero el
hecho de que dos experimentos independientes habían mostrado excesos alrededor
de la misma masa llevó a considerable entusiasmo en la comunidad de la física
de partículas.
El 22 de diciembre de 2011,
la colaboración de DØ también reportó limitaciones sobre el bosón de Higgs
dentro del modelo estándar mínimamente supersimétrico (MSSM), una extensión del
modelo estándar. Colisiones protón-antiprotón (pp) con una energía de masa de 1,96
TeV les había permitido establecer un límite superior para la producción del
bosón de Higgs dentro de MSSM desde 90 hasta 300 GeV y excluyendo tan β >
20-30 para masas del bosón de Higgs por debajo de 180 GeV (tan β es la relación
de los dos valores de la expectativa del vacío del doblete de Higgs).
Por todo esto, a finales de
diciembre de 2011, era ampliamente esperado que el LHC podría proporcionar
datos suficientes para excluir o confirmar la existencia del bosón de Higgs del
modelo estándar para finales de 2012, para cuando su colección de datos de 2012
(en energías de 8 TeV) haya sido examinada.
Durante la primera parte de
2012, los dos grupos de trabajo del LHC continuaron con las actualizaciones de
los datos tentativos de diciembre de 2011, que en gran medida estaban siendo
confirmados y desarrollados aún más. También estuvieron disponibles
actualizaciones en el grupo que estaba analizando los datos finales desde el
Tevatrón. Todo esto continuó para resaltar y estrechar la misma región de 125
GeV, que estaba mostrando características interesantes.
El 2 de julio de 2012, la
colaboración del ATLAS publicó adicionales análisis de sus datos de 2011,
excluyendo los rangos de masas del bosón desde 111,4 GeV a 116,6 GeV, 119.4 GeV
a 122.1 GeV, y 129.2 GeV a 541 GeV. Ellos Observaron un exceso de eventos
correspondiente a las hipótesis de masas del bosón de Higgs de alrededor de 126
GeV con un significado local de sigma 2,9. En la misma fecha, las colaboraciones
del DØ y el CDF anunciaron más análisis que aumentaron su confianza. El
significado de los excesos de energías entre 115–140 GeV ahora fue cuantificado
como de desviaciones estándar de 2,9, correspondiente a una
probabilidad de 1 en 550 de ser debido a una fluctuación estadística. Sin
embargo, esto todavía quedó lejos de la confianza de sigma 5, por lo tanto, los
resultados de los experimentos LHC son necesarios para establecer un
descubrimiento. Ellos excluyen los rangos de la masa de Higgs de 100–103 y
147–180 GeV.
En una nota interna del CERN,
del 21 de abril de 2011, se contextualizaba el rumor de que los físicos del LHC habían
detectado por primera vez el bosón de Higgs.
La nota interna habla de la
observación de una resonancia en los 125 Ge V,
justo la clase de fenómeno que se esperaría detectar si se hubiera encontrado
un bosón de Higgs en ese rango de energía. Sin embargo, el elevado número de
eventos observados, hasta treinta veces más de los predichos en el modelo estándar de física de partículas, sorprendía a los propios
investigadores.
A finales de 2011, dos de los
experimentos llevados a cabo en el LHC aportaron indicios de la existencia del
bosón.
El 22 de junio de 2012 el CERN anunció
un seminario cubriendo las conclusiones provisionales para el año 2012, y poco después comenzaron a
difundirse, en los medios de comunicación, rumores de que esto incluiría un
anuncio importante, pero no estaba claro si se trataba de una señal más fuerte
o de un descubrimiento formal.
El 4 de julio de 2012 fueron
presentados por el CERN, con la presencia de varios científicos, incluyendo al
propio téorico del tema Peter Higgs, los resultados preliminares de los
análisis conjuntos de los datos tomados por el LHC en 2011 y 2012 en los dos
principales experimentos del acelerador (ATLAS y CMS).
El CMS anunció el descubrimiento de un bosón con masa 125.3 ± 0.6 GeV/c2 a
una significación estadística de sigma 4,9, y el ATLAS de un bosón con masa
126.5 GeV/c2 de sigma 5.Esto cumple con el nivel formal
necesario para anunciar una nueva partícula que es "consistente con"
el bosón de Higgs.
El estudio de las propiedades de la
nueva partícula, para confirmar si se trata efectivamente del bosón u otra
posibilidad, necesita aún más tiempo y datos. Se espera que el Gran Colisionador de Hadrones, del CERN,
pueda confirmar o desmentir la existencia de este bosón. Se tratará de entender
qué tipo, si así fuera, del bosón de Higgs era.
Rolf Heuer, director del CERN, dijo
"Tenemos un descubrimiento. Hemos observado una nueva partícula que
concuerda con un bosón de Higgs" y "Concuerda con un bosón de Higgs
como se requiere para el modelo estándar".
Muchas de las propiedades del bosón de
Higgs, tal y como se describe en el modelo estándar, están totalmente
determinadas. Como su nombre indica, es un bosón, tiene espín 0 (lo que se denomina un bosón
escalar). No posee carga eléctrica ni carga de color, por lo que no interacciona con
el fotón ni con los gluones. Sin embargo interacciona con todas
las partículas del modelo que poseen masa: los quarks, los leptones cargados y los bosones W y Z de la interacción débil.
Sus constantes de acoplo,
que miden cuan intensa es cada una de esas interacciones, son conocidas: su
valor es mayor cuanto mayor es la masa de la partícula correspondiente. En la
versión original del modelo estándar, no se incluía la masa de los neutrinos ni, por tanto, una interacción
entre estos y el Higgs. Aunque ésta podría explicar la masa de los neutrinos,
en principio su origen puede tener una naturaleza distinta.El bosón de Higgs es además su propia
antipartícula.
El modelo estándar no predice sin
embargo la masa del Higgs, que ha de ser medida experimentalmente; tampoco el
valor de algunos parámetros que dependen de ésta: las constantes de acoplo del
Higgs consigo mismo –que miden cuan intensamente interaccionan dos bosones de
Higgs entre sí– o su vida media. En
primera aproximación, la masa del Higgs puede tomar cualquier valor. Sin
embargo la consistencia matemática del modelo estándar impone cotas inferiores
entre 85 y 130 GeV/c2, y cotas superiores entre 140 y 650
GeV/c2. Los experimentos llevados a cabo
en los aceleradores LEP y Tevatron, y posteriormente en el LHC,
han impuesto cotas experimentales para el valor de la masa del Higgs –siempre
asumiendo el comportamiento del modelo estándar–. En julio de 2012 los dos
experimentos del LHC efectuando búsquedas del Higgs,ATLAS y CMS,
presentaron resultados que excluyen valores de la masa fuera del intervalo
entre 123–130 GeV/c2 según ATLAS, y 122,5–127 GeV/c2 según
CMS (ambos rangos con un 95% de nivel de confianza). Además, anunciaron el descubrimiento
de un bosón con propiedades compatibles con las del Higgs, con una masa de
aproximadamente 125–126 GeV/c2. Su vida media con esa masa
sería aproximadamente 10−22 s, una parte en diez mil trillones
de un segundo.
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