Bosón de Higgs para niños
Datos para niños Bosón de Higgs H0 |
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 Una traza hipotética del bosón de Higgs en una colisión simulada de protón-protón.
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| Composición | Partícula elemental | |
| Familia | Bosón | |
| Estado | Parcialmente confirmada: descubierta en el CERN una nueva partícula con propiedades compatibles. | |
| Teorizada | R. Brout, F. Englert, P. Higgs, G. S. Guralnik, C. R. Hagen y T. W. B. Kibble (1964) | |
| Descubierta | Una partícula compatible ha sido hallada por ATLAS y CMS (4 de julio de 2012.) | |
| Tipos | 1 en el modelo estándar; 5 o más en la Supersimetría |
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| Masa | 125.3 ± 0.4 (estad.) ± 0.5 (sis.) GeV/c2, 126.0 ± 0.4 (estad.) ± 0.4 (sis.) GeV/c2 | |
| Vida media | 1.56×10−22 s | |
| Carga eléctrica | 0 | |
| Carga de color | 0 | |
| Espín | 0 (parcialmente confirmado en 125 GeV) (predicho por el modelo estándar) | |
| Paridad | +1 (parcialmente confirmado en 125 GeV) | |
El bosón de Higgs o partícula de Higgs es una partícula fundamental muy importante en el Modelo estándar de física de partículas. Fue propuesta por el científico Peter Higgs y otros en 1964. Ellos crearon el mecanismo de Higgs para explicar por qué las partículas elementales tienen masa.
El bosón de Higgs es como la unidad más pequeña del campo de Higgs. Este campo es una especie de "océano" invisible que llena todo el espacio. Según la teoría, el bosón de Higgs no tiene espín (una propiedad de las partículas), ni carga eléctrica ni carga de color. Es muy inestable y se desintegra rápidamente, en menos de un zeptosegundo (una cantidad de tiempo increíblemente pequeña).
La existencia del bosón de Higgs y su campo asociado es la forma más sencilla que tiene el Modelo Estándar de explicar por qué las partículas tienen masa. La idea es que las partículas que interactúan con este campo adquieren masa, mientras que las que no interactúan con él, no la tienen. Por ejemplo, los bosones W y Z son muy masivos porque interactúan fuertemente con el campo de Higgs. En cambio, los fotones (partículas de luz) no tienen masa porque no interactúan con este campo.
Los científicos buscaron el bosón de Higgs durante mucho tiempo. El 4 de julio de 2012, el CERN (la Organización Europea para la Investigación Nuclear) anunció que habían observado una nueva partícula que parecía ser el bosón de Higgs. Necesitaron más tiempo y datos para confirmarlo. El 14 de marzo de 2013, con más información, se confirmó que la nueva partícula se parecía mucho al bosón de Higgs. Sus propiedades y cómo interactúa con otras partículas indican fuertemente que es un bosón de Higgs.
El 8 de octubre de 2013, Peter Higgs y François Englert recibieron el Premio Nobel de Física. Se les otorgó por su trabajo teórico que ayudó a entender el origen de la masa de las partículas. Este trabajo fue confirmado por el descubrimiento de la partícula en los experimentos ATLAS y CMS en el Gran Colisionador de Hadrones del CERN.
Contenido
¿Qué es el Bosón de Higgs?
El Modelo estándar de física de partículas es una teoría que explica casi todos los fenómenos que ocurren con las partículas más pequeñas del universo y las fuerzas entre ellas. Sin embargo, en los años 60, había una pregunta importante: ¿por qué algunas partículas tienen masa y otras no?
Por ejemplo, la fuerza nuclear débil (una de las fuerzas fundamentales de la naturaleza) se explicaba con leyes similares a las del electromagnetismo. Estas leyes sugerían que las partículas que transmiten estas fuerzas, como el fotón (para el electromagnetismo) y los bosones W y Z (para la fuerza débil), no deberían tener masa. Pero los experimentos mostraban que los bosones W y Z sí tenían masa.
En 1964, varios grupos de físicos encontraron una solución a este problema. Propusieron el mecanismo de Higgs. Este mecanismo explica que la masa de las partículas es el resultado de su interacción con un campo que está en todo el espacio, incluso en el vacío. Este campo se llama campo de Higgs.
Peter Higgs fue uno de los científicos que propuso esta idea. En su versión más simple, este mecanismo dice que debe existir una nueva partícula asociada con las "ondas" o "vibraciones" de este campo: el bosón de Higgs.
El Modelo Estándar de la física se completó usando este mecanismo. Todas las partículas que tienen masa interactúan con el campo de Higgs y así obtienen su masa. Durante mucho tiempo, no se pudo construir un experimento con la energía necesaria para buscar esta partícula, ya que se pensaba que su masa era muy alta.
El Gran Colisionador de Hadrones (LHC) en el CERN, cerca de Ginebra, Suiza, se construyó con el objetivo principal de encontrar el bosón de Higgs. Sus experimentos comenzaron en 2010. Antes, otros aceleradores como el LEP (también en el CERN) y el Tevatron (en Estados Unidos) también intentaron encontrarlo.
La Búsqueda y el Descubrimiento del Bosón de Higgs
Los físicos creen que la materia está hecha de partículas fundamentales. Las interacciones entre estas partículas son mediadas por otras partículas llamadas "portadoras". A principios de los años 60, se habían descubierto o propuesto muchas de estas partículas. Sin embargo, las teorías no podían explicar por qué la materia tiene masa.
El mecanismo de Higgs es un proceso que permite a ciertas partículas (los bosones vectoriales) adquirir masa sin romper una regla fundamental de la física llamada "invariancia de gauge". Esta idea fue propuesta por primera vez en 1962 por Philip Warren Anderson. En 1964, tres grupos de físicos la desarrollaron de forma independiente: François Englert y Robert Brout; Peter Higgs; y Gerald Guralnik, C. R. Hagen y T. W. B. Kibble.
Estos trabajos mostraron que si una teoría se combina con un campo adicional que rompe la simetría de forma espontánea, las partículas pueden adquirir masa. En 1967, Steven Weinberg y Abdus Salam aplicaron el mecanismo de Higgs a la teoría electrodébil, lo que llevó a la creación del Modelo estándar de física de partículas.
Los tres artículos de 1964 fueron muy importantes. Dos de ellos (los de Higgs y GHK) contenían ecuaciones para el campo que se conocería como el campo de Higgs y su partícula asociada, el bosón de Higgs. El trabajo posterior de Higgs en 1966 mostró cómo el bosón se desintegraría.
El mecanismo de Higgs también predice la relación entre las masas de los bosones W y Z y cómo interactúan con otras partículas del Modelo Estándar. Muchas de estas predicciones han sido confirmadas por mediciones precisas en aceleradores de partículas como el LEP y el SLC. Esto ha confirmado que algún tipo de mecanismo de Higgs ocurre en la naturaleza, aunque la forma exacta aún se estaba investigando.
¿Cómo se encontró el Bosón de Higgs?
Antes del año 2000, los experimentos en el LEP del CERN habían establecido que el bosón de Higgs, si existía, debía tener una masa superior a 114.4 GeV/c2. Se observaron algunos eventos que podrían ser del bosón de Higgs alrededor de 115 GeV, pero no había suficientes datos para confirmarlo.
En el Tevatron de Fermilab, también se buscaron indicios. Para 2010, los datos combinados de los experimentos CDF y DØ en el Tevatron descartaron la existencia del bosón de Higgs en el rango de 158 a 175 GeV/c2.
La búsqueda se intensificó a partir de 2010, cuando el LHC comenzó a funcionar. Los experimentos ATLAS y CMS del LHC, para julio de 2011, descartaron el bosón de Higgs en otros rangos de masa.
Para diciembre de 2011, la búsqueda se había reducido a la región de 115–130 GeV, con un interés especial alrededor de 125 GeV. En esta zona, tanto ATLAS como CMS informaron de un exceso de eventos. Esto significaba que se detectaron más patrones de partículas de lo esperado, compatibles con la desintegración de un bosón de Higgs. Aunque los datos no eran suficientes para un "descubrimiento" formal, el hecho de que dos experimentos independientes vieran algo similar en la misma masa emocionó a la comunidad científica.
El 4 de julio de 2012, el CERN anunció los resultados preliminares de los análisis de datos del LHC. El experimento CMS anunció el descubrimiento de un bosón con una masa de 125.3 ± 0.6 GeV/c2, y ATLAS encontró uno con una masa de 126.5 GeV/c2. Esto cumplía con el nivel necesario para anunciar una nueva partícula que era "consistente con" el bosón de Higgs.
Aún se necesita más tiempo para estudiar las propiedades de esta nueva partícula y confirmar si es exactamente el bosón de Higgs del Modelo Estándar o si es uno de los bosones de Higgs predichos por otras teorías, como la Supersimetría. Los datos del Gran Colisionador de Hadrones del CERN ayudarán a entender mejor la naturaleza de este nuevo bosón.
¿Cuáles son las propiedades del Bosón de Higgs?
Muchas de las propiedades del bosón de Higgs, según el Modelo Estándar, están bien definidas. Es un bosón y tiene un espín de 0, lo que lo convierte en un bosón escalar. No tiene carga eléctrica ni carga de color, por lo que no interactúa con los fotones ni con los gluones (partículas que transmiten la fuerza fuerte).
Sin embargo, el bosón de Higgs sí interactúa con todas las partículas del Modelo Estándar que tienen masa. Esto incluye a los cuarks, los leptones cargados y los bosones W y Z de la interacción débil. La intensidad de estas interacciones (llamadas constantes de acoplamiento) es mayor cuanto más masiva es la partícula.
El Modelo Estándar no predice la masa exacta del bosón de Higgs; esta debe medirse experimentalmente. Tampoco predice su vida media (cuánto tiempo existe antes de desintegrarse). La consistencia matemática del modelo sugería que la masa del Higgs debería estar entre 85 y 650 GeV/c2.
Los experimentos en el LEP, Tevatron y LHC han ayudado a reducir este rango. En julio de 2012, los experimentos ATLAS y CMS del LHC presentaron resultados que descartaban masas fuera del intervalo de 123–130 GeV/c2 (ATLAS) y 122,5–127 GeV/c2 (CMS). 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 de aproximadamente 10−22 segundos, ¡una fracción de segundo increíblemente pequeña!
¿Existen otras ideas sobre la masa de las partículas?
Desde que se propuso el bosón de Higgs, han surgido otras ideas para explicar cómo las partículas obtienen masa. Estas alternativas suelen usar dinámicas de interacción muy fuertes para lograr el mismo efecto. Algunas de estas ideas incluyen:
- Technicolor: Modelos que intentan imitar la dinámica de la fuerza fuerte para explicar la masa.
- Modelos de composición de los bosones W y Z.
- Condensados de quarks top.
El Bosón de Higgs en la Cultura Popular
El bosón de Higgs es a veces llamado "la partícula de Dios" en la cultura popular, un nombre que se popularizó con un libro de Leon Lederman. Sin embargo, la mayoría de los científicos, incluido Peter Higgs, consideran que este nombre es una exageración.
Ha aparecido en varias obras de ficción:
- En la película Ángeles y demonios, se menciona al bosón de Higgs.
- En la película Solaris, se teoriza que los visitantes están formados por partículas estabilizadas por un campo de Higgs.
- En el libro de ciencia ficción Flashforward, dos científicos causan una catástrofe al buscar el bosón de Higgs.
- En la serie The Big Bang Theory, Sheldon Cooper cree haber encontrado una prueba de su existencia.
- En la serie española El barco, el Gran Colisionador de Hadrones (LHC) causa un evento global.
- El grupo musical madrileño Aviador Dro y el artista gallego Iván Ferreiro le han dedicado canciones.
- En un episodio de Los Pingüinos de Madagascar, se hace referencia al Bosón de Higgs.
- El artista australiano Nick Cave tiene una canción llamada "Higgs Boson Blues".
- BOSÓN D´HIGGS es una banda de Rock Vocal Neopsicodélico de Cuenca-Ecuador.
- La serie alemana de Netflix Dark usa el bosón de Higgs como un elemento clave para los viajes en el tiempo.
- En el videojuego Death Stranding, uno de los personajes se llama Higgs y tiene habilidades especiales.
- En el manga japonés Dr. Stone, se menciona el campo de Higgs para explicar el funcionamiento de dispositivos de petrificación.
- En el manga japonés Knights of Sidonia, las partículas de Higgs son una fuente de energía para robots gigantes.
Galería de imágenes
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Mecanismo de Higgs. Potencial de doble pozo en una teoría de campos con ruptura espontánea de simetría.
Véase también
En inglés: Higgs boson Facts for Kids
- Bosón
- Campo de Higgs
- Física de partículas
- Interacción Yukawa
- Superfuerza
- CERN
- E(38)
