Bosón de HiggsDe Wikipedia, la enciclopedia libre

Bosón de Higgs

Candidato Higgs boson eventos de colisiones entreprotones en

el LHC . El evento más importante en elCMS experimento muestra un

decaimiento en dosfotones (líneas amarillas discontinuas y torres

verdes).El evento menor en el ATLAS experimento muestra un

deterioro en 4 muones (pistas rojas). [ Nota 1 ]

Composición Partícula elemental

Estadística Bosónico

Estado Un bosón de Higgs de masa ~ 125 GeV ha

confirmado provisionalmente por el CERN, el 14 de

marzo de 2013,[ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] aunque no está claro aún cuál

es el modelo de los mejores apoyos de partículas o si

existen varios bosones de Higgs. [ 2 ]

(Ver : Estado actual )

Símbolo H 0

Theorised R. Brout , F. Englert , P. Higgs , GS Guralnik , CR

Hagen , y TWB Kibble(1964)

Descubierto Higgs Previamente desconocido confirmó a existir el

4 de julio de 2012, por el ATLAS y CMS equipos en

el Gran Colisionador de Hadrones ; confirmado

tentativamente como un bosón de Higgs de algún tipo

el 14 de marzo de 2013 (véase más arriba).

Masa 125,3 ± 0,4 (stat) ± 0,5 (sys) GeV / c  2 ,[ 4 ]126,0 ± 0,4

(stat) ± 0,4 (sys) GeV / c  2 [ 5 ]

Tiempo de

vida medio

1,56 × 10 -22  s [ Nota 2 ] (predicho en elModelo

Estándar )

Decae en (observados) bosones W y Z, dos fotones. (Y otros

están estudiando)

La carga

eléctrica

0

La carga de

color

0

Vuelta 0 (confirmado provisionalmente en 125 GeV) [ 1 ]

Paridad 1 (confirmado provisionalmente en 125 GeV) [ 1 ]

El bosón de Higgs o partícula de Higgs es una partícula elemental inicialmente teorizada en 1964 , [ 2 ] [ 6 ] cuyo descubrimiento fue anunciado en el CERN , el 4 de julio de 2012. [ 7 ] El descubrimiento ha sido llamado "monumental" [ 8 ] [ 9 ]porque que parece confirmar la existencia del campo de Higgs , [ 10 ] [ 11 ] , que es fundamental para el modelo estándar y otras teorías en la física de partículas . Eso explicaría por qué algunas partículas fundamentales tienen masa cuando lassimetrías que controlan sus interacciones deben exigir que sean sin masa, y por qué la fuerza débil tiene un alcance mucho más corta que la fuerza electromagnética . El descubrimiento de un bosón de Higgs debería permitir a los físicos finalmente validar la última área no probada del enfoque del Modelo Estándar de partículas y fuerzas fundamentales, orientar otras teorías y descubrimientos en la física de partículas, y potencialmente conducen a la evolución de la "nueva" física . [ 12 ]

Esta pregunta sin respuesta en la física fundamental es de tal importancia [ 10 ] [ 11 ] que dio lugar a una búsqueda de más de 40 años para el bosón de Higgs y, finalmente, la construcción de una de las más importantes del mundo las instalaciones experimentales costosos y complejos hasta la fecha, la Large Hadron Collider , [ 13 ] capaz de crear los bosones de Higgs y otras partículas para la observación y el estudio. El 4 de julio de 2012, se anunció que una partícula hasta ahora desconocido, con una masa entre 125 y 127  GeV / c 2 (134.2 y 136.3 amu ) había detectado; físicos sospechosos en el momento en que era el bosón de Higgs. [ 14 ] [ 9 ] [ 15 ] En marzo de 2013, la partícula se habían

demostrado comportarse, interactuar y decadencia en muchas de las formas previstas por el modelo estándar, y también fue confirmado tentativamente tener positiva la paridad y cero giro , [ 1 ] dos atributos fundamentales de un bosón de Higgs. Esta parece ser la primera elemental partícula escalar descubierto en la naturaleza. [ 16 ] Se necesitan más datos para saber si la partícula descubierta coincide exactamente con las predicciones del modelo estándar, o si, como se predijo por algunas teorías, existen varios bosones de Higgs. [ 3 ]

El bosón de Higgs es el nombre de Peter Higgs , una de seis físicos que, en 1964 , propuso el mecanismo que sugiere la existencia de esta partícula. Aunque el nombre de Higgs ha llegado a ser asociado con esta teoría, varios investigadores entre aproximadamente 1960 y 1972 cada uno desarrollado de forma independiente diferentes partes del mismo. En los principales medios del bosón de Higgs a menudo ha sido llamada la "partícula de Dios", a partir de un libro de 1993 sobre el tema ; el apodo es fuertemente rechazado por muchos físicos, incluyendo Higgs, que la consideran como no apropiadosensacionalismo . [ 17 ] [ 18 ] En 2013, dos de los investigadores originales, Peter Higgs y François Englert , fueron galardonados con el Premio Nobel de Física por su trabajo y predicción. [ 19 ] co-investigador de Englert Robert Brout había muerto en 2011 y el Nobel se no se da a título póstumo , salvo en circunstancias inusuales.

En el modelo estándar, la partícula de Higgs es un bosón sin giro , carga eléctrica , o la carga de color . También es muy inestable, en descomposición en otras partículas casi inmediatamente. Se trata de una excitación cuántica de uno de los cuatro componentes del campo de Higgs. Este último constituye un escalar campo , con dos neutral y dos componentes cargados eléctricamente, y forma un complejo doblete de la isospín débil SU (2) de simetría. El campo tiene un " sombrero mexicano "en forma de potencial de fuerza distinta de cero en todas partes (incluyendo el espacio de otra manera vacío), que en su estado de vacío rompe el débil simetría isospin de la interacción electrodébil. Cuando esto sucede, los tres componentes del campo de Higgs son "absorbidos" por el SU (2) y U (1) bosones de norma (el " mecanismo de Higgs ") para convertirse en los componentes longitudinales de las ahora masivas bosones W y Z del fuerza débil . El componente eléctricamente neutro restante por separado las parejas a otras partículas conocidas como fermiones (a través deacoplamientos de Yukawa ), causando éstos adquieren masa también. Algunas versiones de la teoría, habrá más de un tipo de campos y los bosones de Higgs. Alternativas modelos "Higgsless" se habrían considerado si el bosón de Higgs no fueron descubiertos.

Contenido

  [ ocultar ] 

1 Un resumen no técnicoo 1.1 terminología "Higgs"o 1.2 Información general

2 Importanciao 2.1 Impacto científicoo 2.2 impacto del "mundo real"

3 Historiao 3.1 Resumen y el impacto de los papeles de PRL

4 propiedades teóricaso 4.1 necesidad teórica del bosóno 4.2 Propiedades del Higgs del Modelo Estándaro 4.3 Produccióno 4.4 Decayo 4.5 Modelos alternativoso 4.6 Otras cuestiones teóricas y problemas de jerarquía

5 Búsqueda Experimental

o 5.1 Búsqueda con anterioridad a 04 de julio 2012o 5.2 Descubrimiento de Higgs candidato en el CERNo 5.3 La nueva partícula probado como un bosón de Higgs posibleo 5.4 Confirmación de la nueva partícula como un bosón de Higgs, y el estado actual

6 La discusión públicao 6.1 Nombramiento

6.1.1 Los nombres usados por los físicos 6.1.2 Apodo 6.1.3 Otras propuestas

o 6.2 Medios explicaciones y analogíaso 6.3 Reconocimiento y premios

7 Aspectos técnicos y formulación matemática 8 Véase también 9 Notas 10 Referencias 11 Lectura adicional 12 Enlaces externos

o 12.1 Divulgación científica, medios de comunicación y la cobertura general deo 12.2 documentos importantes y otroso 12.3 Las introducciones en el campo

Un resumen no técnico [ editar ]El modelo estándar de la física de partículas

Large Hadron Collider túnel en el CERN

Antecedentes[mostrar]

Constituyentes[mostrar]

Limitaciones[mostrar]

Los científicos[mostrar]

V T E

"Higgs" terminología [ editar ]

[ ocultar ]Una explicación sencilla - lo que son el mecanismo de Higgs, de campo y de Higgs?

Simetrías yfuerzas

En el modelo estándar de la física de partículas , las fuerzas fundamentales de la naturaleza conocidos por la ciencia surgen de las leyes de la naturaleza llamados simetrías , y se transmiten por las partículas conocidas comobosones gauge . La fuerza débil simetría 's debe causar sus bosones de norma para tener masa cero, pero los experimentos muestran que los bosones gauge de la fuerza débil en realidad son muy masivas y de corta alcance (que ahora se llama bosones W y Z ). [ Nota 3 ] Su rango muy corto - resultado de su masa - hace que las estructuras como los átomos y las estrellas es posible, [ cita requerida ] , pero resultó extremadamente difícil encontrar alguna manera de explicar su masa inesperada.

Mecanismo de Higgs

A principios de la década de 1960, los físicos se dieron cuenta de que una ley de la simetría dada podría no siempre ser seguido (o "obedecido") bajo ciertas condiciones. [ Nota 4 ] El mecanismo de Higgs es un matemático modelo  ideado por tres grupos de investigadores en 1964 que explica por qué y cómo bosones gauge aún podrían ser masivo a pesar de su simetría gobernante. Se demostró que las condiciones para la simetría se 'rompen' si un tipo inusual de campo pasó a existir a través del espacio, y luego las partículas podrían tener masa.

Campo de Higgs

Según el modelo estándar, un campo de la clase necesaria existe (el "campo de Higgs") a través del espacio, y rompe ciertas leyes de simetría de la interacción electrodébil . [ Nota 5 ] La existencia de este campo desencadena el mecanismo de Higgs, haciendo que el medidor bosones responsables de la fuerza débil a ser masivo, y explicando su alcance muy corto. [ Nota 3 ]

Algunos años después de que se articuló la teoría original científicos se dieron cuenta de que el mismo campo explicaría también, de una manera diferente, ¿por qué otros constituyentes fundamentales de la materia (incluyendo los electrones y los quarks ) tienen masa.

Durante muchos años los científicos no tenían forma de saber si es o no un campo de este tipo realmente existió en la realidad. Si existiera, sería diferente a cualquier otro campo fundamental conocido por la ciencia. Pero también era posible que estas ideas clave, o incluso la totalidad de sí mismo Modelo Estándar, eran de alguna manera incorrecta. [ Nota 6 ] Sólo el descubrimiento de lo que estaba rompiendo la simetría, se resolvería el problema.

Bosón de Higgs La existencia del campo de Higgs - la pregunta crucial [ 10 ] [ 11 ] - podría ser probado por la búsqueda de una coincidencia de partículas asociado a él, lo que también debería existir el "bosón de Higgs". Detección de los bosones de Higgs probarían automáticamente que existe el campo de Higgs, lo que demuestra que el modelo estándar es esencialmente correcto. Pero desde hace décadas los científicos no tenían manera de

saber si los bosones de Higgs en realidad existen en la naturaleza, ya sea, porque sería muy difícil de producir, y se rompen en aproximadamente un diez sextillionth ( 10 -22 ) de un segundo. Aunque la teoría dio "notablemente" [ 21 ] : 22 [ Nota 7 ] respuestas correctas, los colisionadores de partículas , detectores y computadoras capaces de buscar los bosones de Higgs llevó más de 30 años (c. 1980-2010) para desarrollar.

A partir de 2013, los científicos están prácticamente seguro de que han demostrado ser el bosón de Higgs existe, y por lo tanto, que el concepto de un cierto tipo de campo de Higgs en todo el espacio está probado. La prueba adicional en los próximos años debería finalmente nos dice más sobre ellos, y es probable que tenga un impacto significativo en el futuro (véase más adelante) . [ 14 ] [ 15 ]

Descripción general [ editar ]En la física de partículas , las partículas elementales y las fuerzas dan lugar al mundo que nos rodea. Hoy en día, los físicos explican el comportamiento de estas partículas y cómo interactúan con el modelo estándar -una amplia aceptación y "notablemente" precisa [ 21 ] marco basado en la invariancia de norma y simetrías , que se cree para explicar casi todo en el mundo que vemos, que no sea la gravedad . [ 22 ]

Pero alrededor de 1960 todos los intentos de crear una teoría de invariantes gauge para dos de las cuatro fuerzas fundamentales habían fracasado consistentemente en un momento decisivo: aunque la invariancia gauge parecía muy importante, parecían hacer cualquier teoría del electromagnetismo y la fuerza débil se descomponga, por exigiendo que sea muchas partículas con masa eran sin masa o que las fuerzas inexistentes y las partículas sin masa debían existir. Los científicos no tenían idea de cómo conseguir más allá de este punto.

Trabajo realizado en la superconductividad y simetrías "rotas" en torno a 1960 dirigió el físico Philip Anderson sugerir en 1962 un nuevo tipo de solución que podría tener la clave. En 1964 una teoría fue creado por 3 grupos diferentes de investigadores , que presentaron los problemas puede resolverse si un tipo inusual de campo existía en todo el universo. Sería hacer que las partículas existentes para adquirir masa en lugar de nuevas partículas sin masa que se forman. Para 1972 se había convertido en una teoría comprensiva y demostrado ser capaz de dar resultados "razonables" . Aunque todavía no había ninguna prueba de tal campo, cálculos dieron consistentemente respuestas y predicciones que fueron confirmadas por los experimentos, incluyendo muy precisas predicciones de varias otras partículas , [ Nota 7 ] por lo que los científicos comenzaron a creer que esto podría ser verdad y la búsqueda de prueba de que exista o no un campo de Higgs en la naturaleza.

Si existiera este campo, esto sería un descubrimiento monumental para la ciencia y el conocimiento humano, y se espera que abra las puertas a nuevos conocimientos en muchos campos. Si no, entonces tendrían que ser explorado otras teorías más complicadas. La prueba más fácil si existía o no el campo era mediante la búsqueda de un nuevo tipo de partícula que tendría que emitir, conocida como "bosón de Higgs" o la "partícula de Higgs". Éstas serían extremadamente difíciles de encontrar, así que era sólo muchos años más tarde que la tecnología experimental se convirtió en lo suficientemente sofisticados como para responder a la pregunta.

Mientras que varias simetrías en la naturaleza se rompen espontáneamente a través de una forma de mecanismo de Higgs, en el contexto del Modelo Estándar, el término "mecanismo de Higgs" casi siempre significa ruptura de la simetría electrodébil campo . Se considera probado, pero la causa exacta ha sido excesivamente difícil de probar .Después de 50 años, la existencia del bosón de Higgs - aparentemente demostrado en 2013 - finalmente confirmaría que el Modelo Estándar es

esencialmente correcto y permitir un mayor desarrollo, mientras que su no existencia implicaría que otras teorías son necesarias en su lugar.

Las diversas analogías también se han inventado para describir el campo y bosón de Higgs, que incluye analogías con efectos simetría conocida rompiendo como el arco iris y elprisma , campos eléctricos , ondas, y la resistencia de los macro objetos moviéndose a través de los medios de comunicación, como la gente que se mueve a través de las multitudes o algunos objetos que se mueven a través de jarabe o melaza . Sin embargo, las analogías basadas en simples resistencia al movimiento son inexactos como el campo de Higgs no funciona al resistir el movimiento.

Significación [ edit ]Impacto científico [ editar ]Evidencia del campo de Higgs y sus propiedades sería extremadamente importante científicamente, por muchas razones. La importancia del bosón de Higgs es en gran parte de que es capaz de ser examinada utilizando el conocimiento existente y la tecnología experimental, como una manera de confirmar y estudiar toda la teoría del campo de Higgs.[ 10 ] [ 11 ] Por el contrario, la prueba de que el campo de Higgs y el bosón no lo hacen existen también sería significativo. En forma de discusión, la pertinencia incluye:

Validación delModelo Estándar , o la elección entre las extensiones y alternativas

¿Existe el campo de Higgs, lo que valida fundamentalmente el modelo estándar? Si lo hace, entonces las extensiones más avanzadas se sugieren o excluido en base a las mediciones de sus propiedades? ¿Qué más podemos aprender acerca de este campo fundamental, ahora que disponemos de los medios experimentales para el estudio de su comportamiento y las interacciones? Alternativamente, si el campo de Higgs no existe, que las alternativas y modificaciones en el Modelo Estándar es probable que se prefiere? ¿Los datos sugieren una extensión o un enfoque completamente diferente (como la supersimetría o la teoría de cuerdas )?

En relación con esto, la creencia general, existe entre los físicos de que no es probable que sea "nueva" física más allá del Modelo Estándar , el Modelo Estándar se en algún momento ser extendido o reemplazado. El campo de Higgs y las cuestiones conexas presentan un "umbral" prometedora para comprender mejor los lugares en los que el Modelo Estándar podría convertirse inadecuado o fallar, y podrían proporcionar evidencia considerable guiar investigadores en mejoras o futuros sucesores.

Encontrar la forma de ruptura de simetría que pasa dentro de lainteracción electrodébil

A continuación una temperatura extremadamente alta, rompimiento de la simetría electrodébil hace que la interacción electrodébil a manifestarse en parte como la de corto alcance fuerza débil , que es llevado por masivas bosones gauge . Sin esto, el universo que vemos a nuestro alrededor no podría existir, porque los átomos y otras estructuras no podían formar, y las reacciones de estrellas como nuestro Sol no ocurriría. Pero no está claro cómo esto realmente sucede en la naturaleza. Es el modelo estándar correcto en su enfoque, y puede ser más exacta con las mediciones experimentales reales? Si no es el campo de Higgs, entonces lo que se está rompiendo la simetría en su lugar?

Encontrar cómo ciertas partículasadquieren masa

Simetría electrodébil romper (debido a un campo de Higgs o de otra manera) se cree probado el responsable de las masas de las partículas fundamentales como elementales fermiones (incluyendo los electrones y los quarks ) y las masivas W y Z bosones gauge . Encontrar cómo

sucede esto es fundamental para la física de partículas.

Vale la pena señalar que el campo de Higgs no "crear" masa de la nada (lo que violaría la ley de conservación de la energía ). Tampoco es el campo de Higgs responsable de la masa de todas las partículas. Por ejemplo, alrededor del 99% de la masa de los bariones (partículas compuestas como los protones y neutrones ) se debe en cambio a laenergía cinética de los quarks y las energías de (sin masa) gluones de la fuerte interacción dentro de los bariones. [ 23 ] En las teorías basadas Higgs, la propiedad de la "masa" es una manifestación del potencial de energía transferida a las partículas cuando interactúan ("amor") con el campo de Higgs, que había contenido la masa en forma de energía . [ 24 ]

Evidencia o nolos campos escalaresexisten en la naturaleza, y la "nueva" física

Prueba de un campo escalar como el campo de Higgs sería difícil sobrestimar: "verificación [El] de campos escalares reales sería casi tan importante como su papel en la generación de masas".   [ 9 ] Rolf-Dieter Heuer , director general del CERN , declaró en una conferencia de 2011 sobre el campo de Higgs: [ 25 ]

"Todas las partículas de materia son de spin-1/2 fermiones . Todos los portadores de fuerza son bosones de spin-1. partículas de Higgs son spin-0 (bosones escalares). El Higgs es ni materia ni la fuerza. El Higgs es simplemente diferente. Esto haría ser el primero escalar fundamental jamás descubierto. El campo de Higgs se cree que llenar todo el universo. ¿Podría dar algún mango de la energía oscura (campo escalar)? Muchas teorías modernas predicen otras partículas escalares como el Higgs. ¿Por qué, después de todo, si el Higgs sea el único de su tipo? [La] LHC puede buscar y estudiar nuevas escalares con precisión ".

La comprensión de la inflación cósmica

Ha habido una considerable investigación científica sobre los posibles vínculos entre el campo de Higgs y el inflatón - un campo hipotético sugirió que la explicación de laexpansión del espacio durante la primera fracción de segundo del universo (conocida como la " época inflacionaria "). Algunas teorías sugieren que un campo escalar fundamental podría ser responsable de este fenómeno; el campo de Higgs es un campo de este tipo y, por tanto, ha dado lugar a trabajos que analicen si también podría ser el inflatón responsable de este exponencial expansión del universo durante el Big Bang . Tales teorías son muy provisionales y se enfrentan a problemas importantes relacionados con unitariedad , pero pueden ser viables si se combina con funciones adicionales, como gran acoplamiento no minimal, un Brans-Dicke escalar, u otra "nueva" física, y han recibido tratamientos que sugieren que Higgs modelos de inflación siguen siendo de interés teóricamente.

La comprensión de la naturaleza deluniverso , y sus posibles destinos

Diagrama que muestra el bosón de Higgs y top quark masas, lo que podría indicar si nuestro universo es estable, o unalarga vida "burbuja" . A partir de 2012, la elipse 2σ basado en Tevatron y los datos del LHC todavía permite ambas posibilidades. [ 26 ]

Durante décadas, los modelos científicos de nuestro universo han incluido la posibilidad de que existe como una larga vida, pero no es completamente estable , sector del espacio, lo que podría

potencialmente en algún momento se destruye al ' derrocar 'en un estado de vacío más estable .[ 27 ] [ 28 ] [ 29 ] [ 30 ] [ 31 ] Si las masas del bosón de Higgs y quark top se conocen con más exactitud, y el modelo estándar proporciona una descripción correcta de la física de partículas hasta energías extremas de la escala de Planck , a continuación, es posible calcular si presente estado de vacío del universo es estable o simplemente de larga vida. [ 32 ] [ 33 ] (Esto a veces se mal reportado como el bosón de Higgs "final" del universo [ 37 ] ). A 125 - 127 GeV masa del Higgs parece estar muy cerca del límite de la estabilidad (estimado en 2012 como 123,8-135,0 GeV [ 26 ] ), pero una respuesta definitiva requiere mucho más precisas mediciones de la del quark topmasa polo . [ 26 ]

Si las mediciones del bosón de Higgs sugieren que nuestro universo se encuentra dentro de un falso vacío de este tipo, entonces implicaría - más que probable que en muchos miles de millones de años [ 38 ] [ Nota 8 ] - que las fuerzas del universo, partículas y estructuras podrían dejará de existir como los conocemos (y ser sustituidos por otros diferentes), si un verdadero vacío pasó a nucleada . [ 38 ] [ Nota 9 ] También sugiere que el bosón de auto-acoplamiento λ y su beta lambda función podría estar muy cerca a cero en la escala de Planck, con implicaciones "intrigantes", incluyendo teorías de la gravedad y de la inflación a base de Higgs. [ 26 ] : 218 Un futuro colisionador electrón-positrón sería capaz de proporcionar las medidas precisas del quark top necesarios para tales cálculos . [ 26 ]

La comprensión de la "energía del vacío"

Más especulativamente, el campo de Higgs también ha sido propuesta como la energía del vacío , que en las energías extremas de los primeros momentos del Big Banghizo que el universo sea una especie de simetría de rasgos de indiferenciado energía extremadamente alta. En este tipo de especulaciones, el campo unificado único de unaGran Teoría Unificada se identifica como (o modelado a) el campo de Higgs, y es a través de rupturas de simetría sucesivas del campo de Higgs o algún campo similar a las transiciones de fase que el presente universo conocido fuerzas y campos surgen. [ 40 ]

Enlace a laproblema "constante cosmológica"

La relación (si la hay) entre el campo de Higgs y el observado actualmente la densidad de energía del vacío del universo también ha sido objeto de estudio científico. Como se observa, la actual densidad de energía del vacío es muy próximo a cero, pero la densidad de energía que se espera de el campo de Higgs, la supersimetría, y otras teorías actuales suelen ser varios órdenes de magnitud mayor. No está claro cómo estos deben ser reconciliadas. Este problema constante cosmológica sigue siendo un importante más problema sin respuesta en la física.Más información: energía de punto cero y el vacío estatal

"Mundo real" de impacto [ edit ]Hasta el momento, no hay beneficios tecnológicos inmediatos conocidos de encontrar la partícula de Higgs. Sin embargo, los observadores de ambos medios de comunicación y la ciencia señalan que cuando se hacen descubrimientos fundamentales acerca de nuestro mundo, sus aplicaciones prácticas pueden tardar décadas en aparecer, pero son a menudo el mundo cambiando cuando lo hacen. [ 41 ] [ 42 ] [ 43 ] Un común patrón de descubrimientos fundamentales es para aplicaciones prácticas a seguir adelante, una vez que el descubrimiento ha sido explorada aún más, momento en que se convierten en la base para el cambio social y las nuevas tecnologías.

Por ejemplo, en la primera mitad del siglo 20 no se esperaba que la mecánica cuántica harían posibles transistores y microchips , los teléfonos móviles y las computadoras , el láser y escáneres de resonancia magnética . [ 44 ] Las ondas de radio fueron descritos por su co-descubridor en 1888 como "un interesante experimento de laboratorio" con "ninguna utilidad" que sea, [ 45 ] y ahora se utilizan en innumerables maneras ( radar , predicción del tiempo , la medicina , la televisión , la informática inalámbrica y la respuesta de emergencia ), los positrones se usan en los hospitales de tomografía exploraciones y especial y la relatividad general que explica los agujeros negros también permitensatélite basado en GPS y navegación por satélite ("navegación vía satélite"). [ 44 ] La energía eléctrica de generación y transmisión , motores y la iluminación de todo su origen en el trabajo teórico previo sobre la electricidad y el magnetismo ; aire acondicionado y de refrigeración el resultado de la termodinámica . Es imposible predecir cómo aparentemente conocimiento esotérico puede afectar a la sociedad en el futuro. [ 41 ] [ 43 ]

Otros observadores destacan tecnológicos spin-offs de este y actividades conexas de física de partículas, que ya han traído grandes avances a la sociedad. Por ejemplo, elWorld Wide Web tal como se utiliza hoy fue creado por los físicos que trabajan en colaboraciones globales en experimentos con partículas en el CERN para compartir sus resultados, y los resultados de las cantidades masivas de datos producidos por el Gran Colisionador de Hadrones ya han dado lugar a avances significativos en la distribución yla computación en nube , ahora bien establecida dentro de los servicios generales. [ 42 ]

Historia [ editar ]Vea también: 1964 PRL simetría rompiendo papeles y mecanismo de Higgs

  

Los seis autores de los documentos de 1964 de PRL , que recibieron el 2010 Premio Sakurai JJ por su trabajo. De izquierda a derecha: Kibble , Guralnik , Hagen , Englert , Brout . Derecha:Higgs .

Premio Nobel Peter Higgs en Estocolmo, diciembre 2013

Los físicos de partículas estudian la materia hechas de partículas fundamentales cuyas interacciones están mediadas por partículas de intercambio - bosones gauge - que actúan como portadores de fuerza . A principios de la década de 1960 una serie de estas partículas se había descubierto o en proyecto, junto con las teorías acerca de la manera en que se relacionan entre sí, algunas de las cuales ya habían sido reformulada como teorías de campo en el que los objetos de estudio no son las partículas y fuerzas, pero los campos cuánticos y sus simetrías . [ 46 ] : 150 Sin embargo,los intentos de unificar conocidos fuerzas fundamentales , tales como la fuerza electromagnética y la fuerza nuclear débil se sabe que son incompletos. Una omisión conocido era que invariantes gauge enfoques, incluyendo la no-abelianos modelos como la teoría de Yang-Mills (1954), que fue muy alentador para las teorías unificadas, también parecían predecir partículas masivas conocidas como sin masa. [ 47 ] El teorema de Goldstone , en relación consimetrías continuas dentro de algunas teorías, también parecían descartar muchas soluciones obvias, [ 48 ] ya que parecía mostrar que las partículas de masa cero tendrían que existir también que fueron "simplemente no se ve". [ 49 ]De acuerdo con Guralnik , los físicos tenían "no entender" cómo se pueden superar estos problemas. [ 49 ]

El físico de partículas y matemático Peter Woit resumió el estado de la investigación en ese momento:

"Yang y Mills trabajo sobre teoría de gauge no abeliano tenía un gran problema: en la teoría de la perturbación que tiene partículas sin masa que no corresponden a nada vemos una forma de deshacerse de este problema es ahora bien entendido de manera justa, el fenómeno. de confinamiento realizados en QCD , donde las interacciones fuertes deshacerse de la masa despreciable estados "gluón" a grandes distancias por los mismos principios de los sesenta, la gente había empezado a entender otra fuente de partículas sin masa:.. ruptura espontánea de simetría de una simetría continua Cuál Philip Anderson se dio cuenta y salió en el verano de 1962 fue que, cuando se tiene tanto la simetría gauge y ruptura espontánea de simetría, el modo sin masa Nambu-Goldstone se puede combinar con los modos del campo de gauge sin masa para producir un campo vectorial masiva física. Esto es lo que sucede en la superconductividad , un tema sobre el que Anderson era (y es) uno de los principales expertos. " [texto condensa]  [ 47 ]

El mecanismo de Higgs es un proceso mediante el cual los bosones vectoriales pueden conseguir masa en reposo y sin romper explícitamente invariancia de norma , como un subproducto de la ruptura espontánea de la simetría . [ 50 ] [ 51 ] La teoría matemática detrás de ruptura espontánea de simetría fue inicialmente concebido y publicado dentro de la física de partículas por Yoichiro Nambu en 1960, [ 52 ] el concepto de que un mecanismo de este tipo podría ofrecer una posible solución para el "problema de la masa" fue

sugerido originalmente en 1962 por Philip Anderson (quien había escrito anteriormente trabajos sobre simetría rota y sus resultados en la superconductividad [ 53 ] y llegó a la conclusión en su estudio de 1963 sobre la teoría de Yang-Mills que "teniendo en cuenta el análogo superconductor ... [e] stos dos tipos de bosones parece capaz de anularse mutuamente ... dejando bosones masivos finitos" ), [ 54 ] : 4 -5 [ 55 ] y Abraham Klein y Benjamin Lee mostraron marzo 1964 que el teorema de Goldstone podría evitarse de esta manera por lo menos en algunos casos no relativistas y especuló que podría ser posible en casos verdaderamente relativistas. [ 56 ]

Estos enfoques se han desarrollado rápidamente en un completo relativista modelo, de forma independiente y casi simultáneamente, por tres grupos de físicos: por François Englert y Robert Brout en agosto de 1964; [ 57 ] por Peter Higgs en octubre de 1964; [ 58 ] y por Gerald Guralnik , Carl Hagen , y Tom Kibble (GHK) en noviembre de 1964. [ 59 ]Higgs también escribieron un breve pero importante [ 50 ] Respuesta publicada en septiembre de 1964 a la objeción hecha por Gilbert , [ 60 ] que mostró que si el cálculo dentro del medidor de radiación, El teorema de Goldstone y la objeción de Gilbert se convertirían inaplicable. [ Nota 10 ] (Higgs describió más tarde la objeción de Gilbert como incitando a su propio papel. [ 61 ] ) Propiedades del modelo se consideraron además por Guralnik en 1965, [ 62 ] por Higgs en 1966, [ 63 ] por Kibble en 1967, [ 64 ] y aún más por GHK en 1967. [ 65 ] El original de tres documentos de 1964 mostraron que cuando una teoría de gauge se combina con un campo adicional que rompe espontáneamente la simetría, los bosones de gauge pueden adquirir constantemente un masa finita. [ 50 ] [ 51 ] [ 66 ] En 1967, Steven Weinberg [ 67 ] y Abdus Salam [ 68 ] independientemente mostraron cómo un mecanismo de Higgs podría ser utilizado para romper la simetría electrodébil de Sheldon Glashow 's modelo unificado para los débiles y las interacciones electromagnéticas [ 69 ](en sí misma una extensión del trabajo por Schwinger ), formando lo que se convirtió en el modelo estándar de la física de partículas. Weinberg fue el primero en observar que esto también proporcionaría términos de masa para los fermiones. [ 70 ]  [ Nota 11 ]

Sin embargo, los trabajos seminales sobre rotura espontánea de simetrías gauge fueron al principio en gran parte ignorados, ya que se creía ampliamente que las teorías (no-abeliano calibre) en cuestión eran un callejón sin salida, y en particular, que no se pudo renormalised . En 1971-1972, Martinus Veltman y Gerard 't Hooft demostraron renormalización de Yang-Mills fue posible en dos documentos cubren sin masa, y luego masiva, campos. [ 70 ] Su contribución, y otros "trabajo en el grupo de la renormalización - incluyendo "sustancial "el trabajo teórico de los físicos rusos [ 71 ] - fue finalmente "enormemente profunda e influyente", [ 72 ] pero aún con todos los elementos clave de la teoría eventual publicado todavía había casi ningún interés más amplio. Por ejemplo, Coleman encontró en un estudio que "esencialmente, nadie le prestó atención" al artículo de Weinberg antes de 1971 [ 73 ] - ahora el más citado en la física de partículas [ 74 ] -, e incluso en 1970 según Politzer , la enseñanza de Glashow de la interacción débil no contenía ninguna mención de Weinberg, Salam de, o el propio trabajo de Glashow. [ 72 ] En la práctica, Politzer afirma, casi todo el mundo se enteró de la teoría por el físicoBenjamin Lee , que combinó el trabajo de Veltman y 't Hooft con ideas de otros, y popularizó la teoría completa. [ 72 ] De esta manera, a partir de 1971, el interés y la aceptación "explotados"  [ 72 ] y las ideas se absorben rápidamente en la corriente principal. [ 70 ] [ 72 ]

La teoría electrodébil resultante y Modelo Estándar han predicho correctamente (entre otros descubrimientos) corrientes débiles neutras , tres bosones , los mejores y los quarks encanto y con gran precisión, la masa y otras propiedades de algunos de ellos. [ Nota 7 ] Muchos de los involucrados eventualmente ganaron premios Nobel y otros premios de renombre. Un documento de 1974 y revisión exhaustiva en Reviews of Modern Physics , comentó que "si bien nadie dudaba de la veracidad [matemática] de estos argumentos, hay nadie creía que la

naturaleza era diabólicamente suficientemente inteligente como para sacar provecho de ellas", [ 75 ] : 9 añadiendo que la teoría se había producido hasta ahora respuestas significativas que el acordado con el experimento, pero no se sabía si la teoría era realmente correcto. [ 75 ] : 9,36 (nota) ,43-44, 47 En 1986 y de nuevo en la década de 1990 se convirtió en posible escribir esa comprensión y demostrando el sector de Higgs del Modelo Estándar fue "el problema central hoy en la física de partículas". [ 76 ] [ 77 ]

Resumen y el impacto de los papeles de PRL [ edit ]

Wikinoticias tiene noticias

relacionadas con:

Premio Sakurai 2010 otorgado por 1964 Higgs Boson trabajo teórico

Premio Nobel de la prospectiva para el trabajo del bosón de Higgs en disputa (2010)

Los tres artículos escritos en 1964 fueron reconocidos como cada hito papeles durante Physical Review Letters ' la celebración del 50 aniversario de s. [ 66 ] Sus seis autores también fueron galardonados con el 2010 Premio Sakurai JJ de Partículas Física Teórica por este trabajo. [ 78 ] (Una controversia También surgió el mismo año, ya que en caso de un Premio Nobel sólo hasta tres científicos pudieran ser reconocidos, con seis están acreditados por los periódicos. [ 79 ] ) Dos de los tres documentos de PRL (por Higgs y por GHK) contenida ecuaciones para el hipotético campo que con el tiempo sería conocido como el campo de Higgs y su hipotética cuántica ., el bosón de Higgs [ 58 ] [ 59 ] artículo posterior 1966 Higgs 'mostró el mecanismo de decaimiento del Higgs; sólo un bosón masivo puede decaer y las desintegraciones puede probar el mecanismo. [ cita requerida ]

En el artículo de Higgs bosón es masiva, y en una oración de cierre Higgs escribe que "una característica esencial" de la teoría "es la predicción de multipletes incompletas de escalares y vectoriales bosones ". [ 58 ] ( Frank Close comenta que calibre 1960 Los teóricos se han centrado en el problema de sin masa vector bosones, y la existencia implícita de un masivo escalar de Higgs no se consideran importantes; sólo Higgs dirigida directamente él. [ 80 ] : 154, 166, 175 ) En el artículo de GHK el bosón es sin masa y desvinculado de los estados masivos. [ 59 ] En las revisiones con fecha de 2009 y 2011, Guralnik afirma que en el modelo GHK el bosón es sin masa sólo en una aproximación de orden más bajo, pero no está sujeta a ninguna restricción y adquiere masa en mayor órdenes, y agrega que el documento de GHK fue la única que mostró que no existen sin masa bosones de Goldstone en el modelo y dar un análisis completo del mecanismo general de Higgs. [ 49 ] [ 81 ] Los tres llegaron a conclusiones similares, a pesar de su enfoques muy diferentes: papel Higgs técnicas clásicas utilizadas esencialmente, Englert e involucrado polarización del vacío de cálculo de Brout en teoría de perturbaciones en torno a un estado de vacío simetría romper asumido, y GHK utilizó el formalismo del operador y las leyes de conservación de explorar en profundidad la forma en que el teorema de Goldstone pueden ser trabajado alrededor. [ 50 ]

Además de explicar cómo la masa se adquiere por bosones vectoriales, el mecanismo de Higgs predice también la relación entre el bosón W y bosón Z masas, así como susacoplamientos con los demás y con los quarks y leptones modelo estándar. [ cita requerida ] Posteriormente, muchas de estas predicciones se han verificado mediante mediciones precisas realizadas en el LEP y los SLC colisionadores, así abrumadoramente confirmando que algún tipo de mecanismo de Higgs tiene lugar en la naturaleza, [ 82 ] pero la manera exacta de lo que ocurre aún no se ha descubierto . [ cita requerida ] Se espera que los resultados de

la búsqueda del bosón de Higgs para proporcionar evidencia acerca de cómo esto se realiza en la naturaleza. [ cita requerida ]

Propiedades teóricas [ editar ]Artículo principal: mecanismo de Higgs

Necesidad teórica para el Higgs [ edit ]

" ruptura de la simetría ilustrado ": - En los niveles altos de energía (a la izquierda)el balón

se asienta en el centro, y el resultado es simétrica. En los niveles más bajos de

energía (derecha) , las "reglas" generales siguen siendo simétrico, pero el potencial de

"sombrero mexicano" entra en efecto: la simetría "local" , inevitablemente se vuelve roto ya

con el tiempo la pelota debe al rollo al azar de una manera u otra.

Invariancia de norma es una propiedad importante de las teorías de partículas modernos como el modelo estándar , en parte debido a su éxito en otras áreas de la física fundamental, como el electromagnetismo y la interacción fuerte ( cromodinámica cuántica ). Sin embargo, hubo grandes dificultades para desarrollar teorías de gauge de la fuerza nuclear débil o una posible unificado la interacción electrodébil . fermiones con un término de masa violaría simetría gauge y por lo tanto no puede ser de calibre invariante.(Esto se puede ver al examinar la Dirac Lagrange para un fermión en términos de componentes a derecha e izquierda, nos encontramos con ninguna de las partículas de spin-media podría jamás flip helicidad como se requiere para la masa, por lo que debemos ser sin masa. [ Nota 12 ] ) bosones W y Z se observó que tenía la masa, sino un término de masa de Higgs contiene términos que dependen claramente de la elección del medidor, por lo que estas masas también no pueden ser invariante. Luego parece queninguno de los fermiones modelo estándar o bosones podría "comenzar" con la masa como una propiedad intrínseca sino por el abandono de la invariancia gauge. Si invariancia de norma se mantuviera, a continuación, estas partículas tenían que ser la adquisición de su masa por algún otro mecanismo o interacción. Además, lo estaba dando estas partículas su masa, tenía que no "romper" invariancia de norma como base para otras partes de las teorías en los que trabajaba bien, y tuvimos que no requieren o predecir las partículas sin masa inesperados y fuerzas de largo alcance (aparentemente un consecuencia inevitable del teorema de Goldstone ), que en realidad no parece existir en la naturaleza.

Una solución a todos estos problemas se superponen vino del descubrimiento de un caso límite previamente desapercibido escondido en la matemática del teorema de Goldstone, [ Nota 10 ] que, bajo ciertas condiciones, podría ser teóricamente posible que una simetría que se rompe sin interrumpir invariancia de norma y sin nuevas partículas o fuerzas sin masa, y que tiene ("sensibles" renormalisable resultados) matemáticamente: esto se hizo conocido como el mecanismo de Higgs .

La hipótesis de modelo de serie un campo que es responsable de este efecto,

llamado el campo de Higgs (símbolo:  ), que tiene la propiedad inusual de una amplitud distinta de cero en su estado fundamental ; es decir, un no-cero el valor esperado de vacío . Se puede tener este efecto debido a su inusual "sombrero

mexicano" potencial cuya baja "punto" no está en su "centro" en forma. Por debajo de un determinado nivel de energía muy alto la existencia de esta expectativa de vacío no es cero rompe espontáneamente electrodébil  simetría gauge que a su vez da lugar al mecanismo de Higgs y desencadena la adquisición de masa por esas partículas interactúan con el campo. Este efecto se debe a que el campo escalar componentes del campo de Higgs son "absorbidos" por los bosones masivos como grados de libertad , y de pareja para los fermiones a través de acoplamiento de Yukawa , produciendo de este modo los términos de masa esperados. En efecto, cuando se rompe la simetría en estas condiciones, los bosones de Goldstoneque surgen interactuar con el campo de Higgs (y con otras partículas capaces de interactuar con el campo de Higgs), en lugar de convertirse en nuevas partículas sin masa, los problemas insolubles de ambas teorías subyacentes "neutralizan" cada otro, y el residual resultado es que las partículas elementales adquieren una masa coherente, basado en la fuerza con que interactúan con el campo de Higgs. Es el proceso más simple conocido capaz de dar masa a los bosones gauge sin dejar de ser compatible con las teorías de gauge . [ 83 ] Su cuántica sería un escalar de Higgs , conocida como el bosón de Higgs. [ 84 ]

Resumen de las interacciones entre ciertas partículas descritas por el Modelo Estándar .

Propiedades del Modelo Estándar de Higgs [ edit ]En el Modelo Estándar, el campo de Higgs consiste en cuatro componentes, dos más neutrales y dos componentes cargadoscampos . Tanto de los componentes cargados y uno de los campos neutrales son bosones de Goldstone , que actúan como los componentes de otros polarización longitudinales de la masiva W + , W - y Z bosones . La cuantía del componente neutro restante corresponde a (y se dio cuenta de que en teoría) la masiva bosón de Higgs. [ 85 ] Dado que el campo de Higgs es un campo escalar(lo que significa que no se transforma en virtud de las transformaciones de Lorentz ), el bosón de Higgs no tiene vuelta . El bosón de Higgs es también su propia antipartícula y es CP-incluso , y tiene cero eléctrico y de color de carga. [ 86 ]

El Modelo Estándar Mínimo no predice la masa del bosón de Higgs. [ 87 ] Si la masa es de entre 115 y 180 GeV / c 2 , entonces el modelo estándar puede ser válido en energía escalas todo el camino hasta la escala de Planck (10 19 GeV). [ 88 ] Muchos teóricos esperan nuevas física más allá del Modelo Estándar que emergen en la escala TeV, basado en las propiedades insatisfactorias del Modelo Estándar. [ 89 ] La más alta escala masiva posible permitido para el bosón de Higgs (o algún otro ruptura de la simetría electrodébil mecanismo) es de 1,4 TeV; más allá de este punto, se convierte en el modelo estándar inconsistente sin un mecanismo de este tipo, porque unitariedad es violada en ciertos procesos de dispersión. [ 90 ]

También es posible, aunque experimentalmente difícil, para estimar la masa del bosón de Higgs indirectamente. En el Modelo Estándar, el bosón de Higgs tiene

una serie de efectos indirectos; más notablemente, Higgs bucles resultado en pequeñas correcciones a las masas de los bosones W y Z. Mediciones de precisión de los parámetros electrodébil, como la constante de Fermi y las masas de W / Z bosones, pueden ser utilizados para calcular las restricciones sobre la masa del Higgs. A partir de julio de 2011, las mediciones de precisión electrodébil nos dicen que es probable que sea menos de aproximadamente la masa del bosón de Higgs 161 GeV / c 2 a 95% de nivel de confianza(este límite superior se incrementaría a 185 GeV / c 2 si el menor atado de 114,4 GeV / c 2 de la LEP-2 Búsqueda directa está permitida para [ 82 ] ). Estas restricciones indirectas se basan en la suposición de que el Modelo Estándar es correcto. Todavía puede ser posible descubrir un bosón de Higgs encima de esas masas, si se acompaña de otras partículas más allá de lo predicho por el Modelo Estándar. [ 91 ]

Producción [ editar ]Diagramas de Feynman para la producción de Higgs

Fusión del gluón Higgs Strahlung

Vector de Higgs fusión Fusión Top

Si las teorías de partículas de Higgs son correctas, entonces una partícula de Higgs puede ser producido al igual que otras partículas que se estudian, en un acelerador de partículas . Esto implica la aceleración de un gran número de partículas a energías extremadamente altas y muy cerca de la velocidad de la luz , a continuación, lo que les permite chocan entre sí. Los protones y plomo iones (los desnudos núcleos de plomo en átomos ) se utilizan en el LHC. En las energías extremas de estas colisiones, las partículas esotéricos deseados de vez en cuando se producen y esto se pueden detectar y estudiaron;cualquier ausencia o diferencia de las expectativas teóricas también se pueden utilizar para mejorar la teoría. La teoría de la partícula correspondiente (en este caso el modelo estándar) determinará los tipos necesarios de colisiones y detectores.Predice el modelo estándar que bosones de Higgs se podrían formar en un número de maneras, [ 92 ] [ 93 ] [ 94 ] Aunque la probabilidad de producir un Higgs en cualquier colisión siempre se espera que sea muy pequeño-por ejemplo, sólo 1 de Higgs . Higgs por 10 billones de colisiones en el Large Hadron Collider [ Nota 13 ] Los procesos esperados más comunes para la producción del bosón de Higgs son:

Fusión de gluones . Si las partículas chocaron son hadrones , como el protón o el antiprotón -como es el caso en el LHC y el Tevatron, entonces lo más probable es que dos de los gluones vinculantes hadrón juntos chocan. La forma más fácil para producir una partícula de Higgs es si las dos gluones se combinan para formar un bucle de virtuales quarks. Desde el acoplamiento de partículas al bosón de Higgs es proporcional a su masa, este proceso es más probable que las partículas pesadas. En la práctica es suficiente para considerar las contribuciones de virtual de la parte superior e inferior quarks

(los quarks más pesados). Este proceso es la contribución dominante en el LHC y que es cerca de diez veces más probabilidades de que cualquiera de los otros procesos Tevatron. [ 92 ] [ 93 ]

Higgs Strahlung . Si un elemental fermión choca con un anti-fermión-por ejemplo, un quark con un anti-quark o un electrón con un positrón -los dos pueden combinar para formar una W o Z virtuales de Higgs que, si se lleva la energía suficiente, entonces puede emitir un bosón de Higgs. Este proceso fue el modo de producción dominante en el LEP, donde un electrón y un positrón colisionaron para formar un bosón Z virtual, y fue la segunda contribución más importante para la producción de Higgs en el Tevatron.En el LHC este proceso es sólo la tercera más grande, debido a que el LHC colisiona protones con protones, por lo que una colisión quark-antiquark menos probable que en el Tevatron. Higgs Strahlung también se conoce como producción asociada . [ 92 ] [ 93 ] [ 94 ]

Fusión del bosón débil . Otra posibilidad, cuando dos (anti-) fermiones chocan es que los dos intercambian una W o Z virtuales de Higgs, que emite un bosón de Higgs. Los fermiones que chocan no necesitan ser del mismo tipo. Así, por ejemplo, un quark arriba puede intercambiar un bosón Z con un quark anti-abajo. Este proceso es el segundo más importante para la producción de partículas de Higgs en el LHC y LEP. [ 92 ] [ 94 ]

Fusión superior . El proceso final que comúnmente se considera es de lejos el menos probable (por dos órdenes de magnitud). Este proceso implica dos gluones que chocan, que cada uno de desintegración en un par quark-antiquark pesado. Un quark y antiquark de cada par pueden entonces combinarse para formar una partícula de Higgs. [ 92 ] [ 93 ]

Decay [ edit ]

La predicción del modelo estándar para elancho de la decadencia de la partícula de Higgs

depende del valor de su masa.

La mecánica cuántica predice que si es posible que una partícula se desintegre en un conjunto de partículas más ligeras, y luego con el tiempo de hacerlo. [ 96 ] Esto también es cierto para el bosón de Higgs. La probabilidad con la que esto ocurre depende de una variedad de factores que incluyen: la diferencia de masa, la fuerza de las interacciones, etc La mayoría de estos factores son fijos por el modelo estándar, a excepción de la masa del Higgs en sí. Para un bosón de Higgs con una masa de 126 GeV / c 2 SM predice un tiempo de vida media de alrededor de 1,6 × 10 -22  s . [ Nota 2 ]

La predicción del modelo estándar de lasfracciones de desintegración de los distintos

modos de desintegración de la partícula de Higgs depende del valor de su masa.

Ya que interactúa con todas las partículas masivas elementales de la SM, el bosón de Higgs tiene muchos procesos diferentes a través del cual se puede decaer. Cada uno de estos posibles procesos tiene su propia probabilidad, expresada como larelación de derivación ; la fracción del número total decae que sigue ese proceso. El SM predice estas fracciones de desintegración en función de la masa del Higgs (ver diagrama).

Una manera en que el Higgs puede decaer está partiendo en un par fermión-antifermión. Como regla general, el Higgs es más probable que decaer en fermiones pesados que los fermiones de luz, debido a la masa de un fermión es proporcional a la fuerza de su interacción con el bosón de Higgs. [ 98 ] Según esta lógica de la decadencia más común debe ser en un top -antitop par quark. Sin embargo, un deterioro tal sólo es posible si el Higgs es más pesado que ~ 346 GeV / c 2 , el doble de la masa del quark top. Para una masa del Higgs de 126 GeV / c 2 SM predice que la decadencia más común es en una parte inferior par quark-antibottom, que pasa del 56,1% de los casos. [ 97 ] La segunda decadencia fermión más común en el que la masa es una tau -antitau par, lo que ocurre sólo cerca del 6% de los casos. [ 97 ]

Otra posibilidad es que el Higgs se divida en un par de bosones de norma masivos. La posibilidad más probable es que el Higgs decaiga en un par de bosones W (la línea de color azul claro en el gráfico), lo que ocurre sobre el 23,1% del tiempo de un bosón de Higgs con una masa de 126 GeV / c 2 . [ 97 ] Los bosones W posteriormente pueden decaer, ya sea en un quark y un antiquark o en un leptón cargado y un neutrino. Sin embargo, las desintegraciones de bosones W en quarks son difíciles de distinguir del fondo y las caries en los leptones no pueden ser reconstruidos totalmente (porque los neutrinos son imposibles de detectar en los experimentos de colisión de partículas). Una señal más limpia viene dado por la caries en un par de bosones Z (lo que ocurre alrededor de un 2,9% del tiempo de Higgs con una masa de 126 GeV / c 2 ), [ 97 ] si cada uno de los bosones decae posteriormente en un par de fácil de detectar leptones cargados ( electrones o muones ).

Decay en bosones sin masa (es decir, gluones o fotones ) también es posible, pero requiere de bucle intermedio de quarks pesados virtuales (superior o inferior) o bosones de norma masivos. [ 98 ] El ejemplo más común es el proceso de la caries en un par de gluones a través de un bucle de quarks pesados virtuales. Este proceso, que es el inverso del proceso de fusión del gluón se ha mencionado anteriormente, ocurre aproximadamente 8,5% del tiempo para un Higgs con una masa de 126 GeV / c 2 . [ 97 ] mucho más rara es la decadencia en un par de fotones mediada por un bucle de bosones W o quarks pesados, lo que ocurre sólo dos veces por cada mil desintegraciones. [ 97 ] Sin embargo, este proceso es muy relevante para las búsquedas experimentales para el bosón de Higgs, ya que la energía y el impulso de los fotones se pueden medir de manera

muy precisa , dando una reconstrucción exacta de la masa de la partícula en descomposición. [ 98 ]

Modelos alternativos [ editar ]Artículo principal: Alternativas al Modelo Estándar de Higgs

El Modelo Estándar Mínimo según lo descrito arriba es el modelo más simple conocido para el mecanismo de Higgs con el campo de Higgs sólo uno. Sin embargo, un sector de Higgs extendido con dobletes adicionales partícula de Higgs o trillizos también es posible, y muchas extensiones del modelo estándar tienen esta característica. El sector no-mínima Higgs favorecida por la teoría son los modelos de dos dobletes de Higgs-(2HDM), que predicen la existencia de un quinteto de partículas escalares: dos CP-inclusoneutrales bosones de Higgs h 0 y H 0 , una neutra-CP impar Bosón de Higgs A 0 , y dos Higgs partículas cargadas H ± . supersimetría ("SUSY") también predice las relaciones entre las masas de los bosones de Higgs-y las masas de los bosones de norma, y puede acomodar a un 125 GeV / c 2 Higgs boson neutral.

El método clave para distinguir entre estas diferentes modelos incluye el estudio de las interacciones de las partículas ("acoplamiento") y procesos exactos de desintegración ("fracciones de desintegración"), que se puede medir y probado experimentalmente en colisiones de partículas. En el modelo de tipo I 2HDM uno de Higgs parejas doblete a quarks arriba y abajo, mientras que el segundo doblete no hace par de quarks. Este modelo tiene dos límites interesantes, en los que los más ligeros parejas de Higgs a fermiones sólo ("medir- fóbico ") o simplemente medir los bosones (" fermiophobic "), pero no ambos. En el modelo de tipo II 2HDM, un doblete de Higgs sólo las parejas a los ataques de tipo quarks, las otras parejas sólo a los quarks de tipo abajo. [ 99 ] El ampliamente investigado Minimal Estándar Supersymmetric (MSSM) incluye un sector de tipo II 2HDM Higgs , por lo que podría ser refutada por la evidencia de un tipo I 2HDM Higgs. [ cita requerida ]

En otros modelos el escalar de Higgs es una partícula compuesta. Por ejemplo, en technicolor el papel del campo de Higgs se juega por parejas con enlace seguro de fermiones llamados techniquarks . Otros modelos, los pares de características de quarks top (ver parte superior del condensado de quarks ). En otros modelos, no existe ningún campo de Higgs en absoluto  y la simetría electrodébil se rompe utilizando dimensiones extra. [ 100 ] [ 101 ]

Un uno-loop diagrama de Feynmande la corrección de primer orden para la masa del

Higgs. En el modelo estándar de los efectos de estas correcciones son potencialmente

enorme, dando lugar a la denominadaproblema de la jerarquía .

Otras cuestiones teóricas y problemas de jerarquía [ edit ]Artículos principales: problema de la jerarquía y de problemas Jerarquía § La masa del Higgs

Deja el modelo estándar de la masa del bosón de Higgs como un parámetro a medir, en lugar de un valor a calcular. Esto se ve como teóricamente insatisfactoria, en particular en lo correcciones cuánticas (relacionados con las interacciones con las partículas virtuales ) aparentemente debería causar la partícula de Higgs para tener una masa inmensamente superior a la observada,

pero al mismo tiempo requiere el modelo estándar una masa del orden de 100 a 1000 GeV para garantizar unitariedad (en este caso, a unitarise longitudinal vector bosón de dispersión). [ 102 ] La conciliación de estos puntos parece requerir que explica por qué hay una cancelación casi perfecta que resulta en la masa visible de ~ 125 GeV, y No está claro cómo hacerlo. Debido a que la fuerza débil es aproximadamente 10 32 veces más fuerte que la gravedad, y (vinculado a esto) la masa del bosón de Higgs es mucho menor que la masa de Planck o la energía de la gran unificación , parece que, o hay alguna conexión subyacente o la razón de estos observaciones que es desconocido y no se describe en el Modelo Estándar, o alguna inexplicable y muy precisa puesta a punto de los parámetros - sin embargo en la actualidad ninguna de estas explicaciones está demostrado. Esto se conoce como un problema de la jerarquía . [ 103 ] En términos más generales, el problema de la jerarquía equivale a la preocupación de que un futuro teoría de las partículas e interacciones fundamentales no debería tener excesiva fina-afinaciones o cancelaciones indebidamente delicadas, y debe permitir que las masas de partículas tales como el bosón de Higgs sea calculable. El problema es en cierto modo única de spin-0 partículas (como el bosón de Higgs), que pueden dar lugar a problemas relacionados con las correcciones cuánticas que no afectan a las partículas con espín. [ 102 ] A se han propuesto varias soluciones , entre ellas supersimetría , soluciones conformes y soluciones a través de dimensiones extra, como mundobrana modelos.

Búsqueda Experimental [ edit ]Artículo principal: búsqueda del bosón de Higgs

Para producir bosones de Higgs , dos haces de partículas se aceleran a energías muy altas y se dejan chocar dentro de un detector de partículas . De vez en cuando, aunque en raras ocasiones, un bosón de Higgs se creará fugazmente como parte de los subproductos de colisión. Debido a que el bosón de Higgs se desintegra muy rápidamente, detectores de partículas no pueden detectar directamente. En cambio, los detectores registran todos los productos de desintegración (la firma caries ) y de los datos se reconstruye el proceso de descomposición. Si los productos de desintegración observados coinciden con un posible proceso de descomposición (conocido como canal de desintegración ) de un bosón de Higgs, esto indica que un bosón de Higgs podría haber sido creado. En la práctica, muchos procesos pueden producir firmas de desintegración similares. Afortunadamente, el modelo estándar predice con precisión la probabilidad de cada uno de éstos, y cada proceso conocido, que se producen. Por lo tanto, si el detector detecta más firmas coincidentes decaimiento consistentemente un bosón de Higgs que cabría esperar si no existieran los bosones de Higgs, entonces esto sería una fuerte evidencia de que el bosón de Higgs existe.

Dado que la producción de bosones de Higgs en una colisión de partículas es probable que sea muy raro (1 en 10 mil millones en el LHC), [ Nota 13 ] y muchos otros eventos de colisión posibles pueden tener las firmas de desintegración similares, los datos de cientos de miles de millones de colisiones tiene que ser analizado y debe "mostrar la misma imagen" antes de una conclusión acerca de la existencia del bosón de Higgs puede ser alcanzado. Para concluir que se ha encontrado una nueva partícula, los físicos de partículas requieren que el análisis estadístico de los dos detectores de partículas independientes cada indican que no es menor que una posibilidad entre un millón de que las firmas de desintegración observados se deben a poco fondo estándar azar eventos-es decir, de modelos, que el número observado de eventos es más de 5 desviaciones estándar (Sigma) diferente de la esperada si no hay nueva partícula. Más datos de colisión permite una mejor confirmación de las propiedades físicas de cualquier nueva partícula observada, y

permite a los físicos a decidir si es realmente un bosón de Higgs como se describe por el modelo estándar o alguna otra nueva partícula hipotética.

Para encontrar el bosón de Higgs, un poderoso acelerador de partículas que se necesitaba, porque los bosones de Higgs no puede ser visto en los experimentos de menor energía. El colisionador se necesita para tener una alta luminosidad con el fin de garantizar suficientes colisiones se observaron para las conclusiones que se pueden extraer.Por último, se necesitan instalaciones de computación avanzada para procesar la gran cantidad de datos (25 petabytes por año como en 2012), producido por las colisiones.[ 104 ] Para la comunicación de 4 de julio de 2012, un nuevo colisionador conocido como el Gran Colisionador de Hadrones se construyó al CERN con una energía de colisión eventual prevista de 14 TeV -más de siete veces cualquier anterior colisionador-y más de 300 billones de dólares (3 × 10 14 ) las colisiones protón-protón del LHC se analizaron por el LHC Computing Grid , el más grande del mundo grid computing (a partir de 2012), que comprende más de 170 instalaciones de computación en una red en todo el mundoen 36 países. [ 104 ] [ 105 ] [ 106 ]

Buscar antes de 04 de julio 2012 [ edit ]Se llevó a cabo la primera búsqueda extensa para el bosón de Higgs en el Gran Colisionador de Electrones-Positrones (LEP) en el CERN en la década de 1990. Al final de su servicio en el año 2000, LEP no había encontrado pruebas concluyentes para el Higgs. [ Nota 14 ] Esto implica que si el bosón de Higgs existiera, tendría que ser más pesados que 114,4 GeV / c 2 . [ 107 ]

La búsqueda continuó en el Fermilab en los Estados Unidos, donde el Tevatron -el colisionador que descubrió el quark top en 1995-había sido mejorada para este propósito. No había ninguna garantía de que el Tevatron podría ser capaz de encontrar el bosón de Higgs, pero era la única supercollider que estaba en funcionamiento desde que el Gran Colisionador de Hadrones (LHC) todavía estaba en construcción y la planificada Superconductor de Super Collider había sido cancelado en 1993 y nunca se completó . El Tevatron sólo fue capaz de excluir a otras gamas de la masa del Higgs, y se cerró el 30 de septiembre 2011 porque ya no podía mantenerse al día con el LHC. El análisis final de los datos excluidos de la posibilidad de un bosón de Higgs con una masa entre 147 GeV / c 2 y 180 GeV / c 2 . Además, había una pequeña (pero no significativa) exceso de eventos indicando posiblemente un Higgs con una masa entre 115 GeV / c 2 y 140 GeV / c 2 . [ 108 ]

El Gran Colisionador de Hadrones en el CERN en Suiza , fue diseñado específicamente para poder confirmar o descartar la existencia del bosón de Higgs. Construido en un 27 kilometros del túnel bajo el suelo, cerca de Ginebra, originalmente habitado por LEP, que fue diseñado para colisionar dos haces de protones, inicialmente a energías de3,5 TeV por haz (7 TeV en total), es decir, casi 3,6 veces la del Tevatron, y ampliable hasta 2 × 7 TeV (14 TeV total) en el futuro. Teoría sugirió si existía el bosón de Higgs, las colisiones en estos niveles de energía debe ser capaz de revelarlo. Como uno de los instrumentos científicos más complejos jamás construidos, su capacidad operativa se retrasó durante 14 meses por un evento de extinción imán nueve días después de sus pruebas inaugurales, causada por una conexión eléctrica defectuosa que dañó más de 50 imanes superconductores y contaminado el sistema de vacío. [ 109 ] [ 110 ] [ 111 ]

La recolección de datos en el LHC finalmente se inició en marzo de 2010. [ 112 ] En diciembre de 2011, los dos detectores de partículas principales en el LHC, ATLAS y CMS , han reducido el rango de masa donde el bosón de Higgs podría existir en torno a 116-130 GeV (ATLAS) y 115-127 GeV (CMS). [ 113 ] [ 114 ] Había también ya habido una serie de excesos de eventos prometedores que había "evaporado" y ha demostrado ser más que fluctuaciones aleatorias. Sin embargo, desde alrededor de mayo de 2011, [ 6 ] los dos

experimentos habían visto entre sus resultados, la lenta emergencia de un pequeño exceso pero consistente de gamma y las firmas de decaimiento de 4 leptones y varias otras partículas decae, toda alusión a una nueva partícula con una masa alrededor de 125 GeV . [ 6 ] Por alrededor de noviembre de 2011, los datos anómalos en 125 GeV se estaba convirtiendo en "demasiado grande para ignorar" (aunque todavía está lejos de ser concluyente), y los jefes de equipo, tanto en ATLAS y CMS cada sospecha de forma privada que podrían haber encontrado la Higgs. [ 6 ] El 28 de noviembre de 2011, en una reunión interna de los dos jefes de equipo y el director general del CERN, los últimos análisis se discuten fuera de sus equipos, por primera vez, lo que sugiere tanto ATLAS y CMS podría estar convergiendo en un posible resultado compartido en 125 GeV y los preparativos iniciales comenzaron en caso de un hallazgo exitoso. [ 6 ] Si bien esta información no era conocida públicamente en su momento, el estrechamiento de las posibles Higgs cubre a alrededor de 115-130 GeV y la observación repetida de pequeños pero consistentes excesos de eventos a través de múltiples canales, tanto ATLAS y CMS en la región de 124-126 GeV (descrito como "provocadores indicios" de alrededor de 2 a 3 sigma) eran de conocimiento público con "mucho interés". [ 115 ] Era por lo tanto, ampliamente anticipado a finales de 2011, que el LHC podría proporcionar datos suficientes para bien excluir o confirmar el hallazgo de un bosón de Higgs a finales de 2012, cuando se habían examinado sus 2.012 datos de colisiones (con un poco más alto 8 TeV de energía de colisión) . [ 115 ] [ 116 ]

Descubrimiento de Higgs candidato en el CERN [ edit ]

  

Diagramas de Feynman que muestran los canales limpios asociados con la baja masa (~ 125 GeV), bosón de Higgs candidato observado por ATLAS y CMS en el LHC. El mecanismo de producción dominante en esta masa implica dos gluones de cada fusión de protones a un lazo del quark top , el cual acopla fuertemente al campo de Higgs para producir un bosón de Higgs.

Izquierda: canal Diphoton: Boson decae posteriormente en 2 fotones de rayos gamma por la interacción virtual con un bosón W bucle o quark top bucle.

Derecha: 4-Lepton "canal de oro": Boson emite 2 bosones Z , que cada uno se desintegran en 2 leptones (electrones, muones).

Análisis experimental de estos canales alcanzó una significancia de 5 - Sigma .[ 4 ] [ 117 ] El análisis de adicionales de Higgs

vector canales de fusión trajo la CMSimportancia para 4,9- Sigma . [ 4 ] [ 117 ]

El 22 de junio 2012 el CERN anunció un próximo seminario que cubre conclusiones provisionales para el año 2012, [ 118 ] [ 119 ] y poco después (de alrededor de 01 de julio 2012 de acuerdo con un análisis de la propagación de rumores en los medios sociales [ 120 ] ) los rumores comenzaron a extenderse en los medios de comunicación que esto incluye un anuncio importante, pero no estaba claro si esto sería una señal más fuerte o un descubrimiento formal. [ 121 ] [ 122 ] La especulación se intensificó a un terreno de juego "febril" cuando surgieron informes de que Peter Higgs , quien propuso la partículas, era de asistir al seminario, [ 123 ] [ 124 ] y que "cinco más importantes físicos" habían sido invitados - por lo general cree que significan los cinco años que viven 1.964 autores - con Higgs, Englert, Guralnik, Hagen asistir y Kibble confirmando su invitación (Brout habiendo muerto en 2011). [ 125 ] [ 126 ] )

El 4 de julio 2012 Tanto de los experimentos del CERN anunciaron que habían hecho de forma independiente el mismo descubrimiento: [ 7 ] CMS de un bosón previamente desconocido con una masa de 125,3 ± 0,6 GeV / c 2 [ 4 ] [ 117 ] y ATLAS de un bosón con una masa de 126,5 GeV / c 2 .[ 127 ] [ 128 ] Utilizar el análisis combinado de los dos tipos de interacción (conocidos como "canales"), ambos experimentos llegaron a un significado local en la 5-sigma, o menos de un 1 en un millón de posibilidades de error. Cuando se tuvieron en cuenta los canales adicionales, la importancia de la CMS se redujo a 4,9-Sigma. [ 117 ]

Los dos equipos han estado trabajando 'ciego' el uno del otro de alrededor de finales de 2011 o principios de 2012, [ 6 ] lo que significa que no discutieron sus resultados con los demás, que proporciona seguridad adicional de que cualquier hallazgo común era genuino validación de una partícula. [ 104 ] Este nivel de evidencia, confirmada de forma independiente por dos equipos y experimentos separados, se encuentra con el nivel formal de la prueba que se exige en anunciar un descubrimiento confirmado.

El 31 de julio de 2012, la colaboración ATLAS presenta el análisis de datos adicional en la "observación de una nueva partícula", incluyendo los datos de un tercer canal, lo que mejoró la significación de 5,9 sigma (1 en 588 millones posibilidad de ser debido a los efectos de fondo al azar ) y la masa de 126,0 ± 0,4 (stat) ± 0,4 (sys) GeV / c 2 , [ 5 ] y CMS mejoró la significación de 5-sigma y la masa de 125,3 ± 0,4 (stat) ± 0,5 (sys) GeV / c 2 . [ 4 ]

La nueva partícula probado como un bosón de Higgs posible [ edit ]Tras el descubrimiento de 2012, todavía estaba sin confirmar si el 125 GeV / c 2 partículas era un bosón de Higgs. Por un lado, las observaciones se mantuvo constante con la partícula observada siendo el Estándar Higgs, y la partícula decaído en al menos algunos de los canales previstos. Por otra parte, las tasas de producción y fracciones de desintegración de los canales observados en términos generales a las predicciones, por el modelo estándar dentro de las incertidumbres experimentales. Sin embargo, las incertidumbres experimentales actualmente aún dejan espacio para explicaciones alternativas, es decir, el anuncio del descubrimiento de un bosón de Higgs habría sido prematura. [ 98 ] Para permitir una mayor oportunidad para que la recogida de datos, se propone el cierre del LHC 2012 y 2013-14 fueron de actualización aplazado por 7 semanas en 2013. [ 129 ]

En noviembre de 2012, en una conferencia en Kyoto investigadores dijeron que las pruebas reunidas desde julio estaba cayendo en línea con el modelo básico estándar más que sus alternativas, con una serie de resultados de varias

interacciones que coincidan las predicciones de esta teoría. [ 130 ] El físico Matt Strassler ha destacado " considerable "evidencia de que la nueva partícula no es una pseudoescalar paridad negativa de partículas (en consonancia con esta necesaria búsqueda de un bosón de Higgs), "evaporación" o la falta de mayor importancia para las sugerencias anteriores de resultados de modelos no estándar, espera que las interacciones del modelo estándar con W y bosones Z , ausencia de "nuevas implicaciones significativas" a favor o en contra de la supersimetría , y en general no hay desviaciones significativas a la fecha de los resultados que se esperan de un modelo estándar del bosón de Higgs. [ 131 ] Sin embargo, algunos tipos de extensiones del Modelo Estándar podría también mostrar resultados muy similares; [ 132 ] . tan comentaristas señalaron que en base a otras partículas que todavía están siendo entendidas mucho tiempo después de su descubrimiento, puede tomar años para estar seguros, y décadas para entender completamente la partícula que se ha encontrado [ 130 ] [ 131 ]

Estos resultados significan que a partir de enero de 2013, los científicos estaban muy seguros de que habían encontrado una partícula desconocida de los medios de ~ 125 GeV / c 2 , y que no habían sido engañados por error experimental o un resultado de la casualidad. También estaban seguros, a partir de observaciones iniciales, que la nueva partícula era una especie de Higgs. Los comportamientos y las propiedades de la partícula, la medida examinada desde julio de 2012, también se parecían bastante a los comportamientos que se esperan de un bosón de Higgs. Aun así, todavía podría haber sido un bosón de Higgs o alguna otra bosón desconocido, ya que las pruebas futuras podrían mostrar comportamientos que no coinciden con un bosón de Higgs, con el fin de diciembre 2012 CERN todavía sólo declaró que la nueva partícula era "compatible con" la bosón de Higgs, [ 14 ] [ 15 ] y los científicos aún no positiva dicen que fue el bosón de Higgs. [ 133 ] A pesar de esto, a finales de 2012, los informes de los medios de comunicación generalizados anunciadas (incorrectamente) que un bosón de Higgs se ha confirmado durante el año. [ 139 ]

En enero de 2013, el director general del CERN Rolf-Dieter Heuer señaló que con base en el análisis de datos a la fecha, la respuesta podría ser posible "hacia" mediados de 2013, [ 140 ] y el presidente adjunto de física en el Laboratorio Nacional de Brookhaven declarado en febrero de 2013 que una respuesta "definitiva" podría requerir "algunos años" después del 2015 el reinicio del colisionador . [ 141 ] A principios de marzo de 2013, el CERN Director de Investigación Sergio Bertolucci declaró que confirmar spin-0 era el requisito restante importante para determinar si la partícula está en menos algún tipo de bosón de Higgs. [ 142 ]

La confirmación de la nueva partícula como un bosón de Higgs, y el estado actual [ editar ]El 14 de marzo 2013 el CERN confirmó que:

"CMS y ATLAS han comparado una serie de opciones para el spin-paridad de esta partícula, y todos éstos prefieren sin centrifugado y la paridad positiva [dos criterios fundamentales de un bosón de Higgs en consonancia con el modelo estándar]. Esto, junto con las interacciones medidos de la nueva partícula con otras partículas, indica firmemente que es un Higgs ".  [ 1 ]

Esto también hace que la partícula elemental de la primera partícula escalar por descubrir en la naturaleza. [ 16 ]

Algunos ejemplos de pruebas que se utilizan para validar si la partícula 125 GeV es un bosón de Higgs: [ 131 ] [ 143 ]

Requisito Cómo probado / explicación Estado actual (marzo de 2013)

Cero giro

El examen de los patrones de desintegración. Spin-1 se ha descartado en el momento del descubrimiento inicial por el decaimiento observado a dos fotones (γ γ), dejando spin-0 y spin-2 como resto de los candidatos.

Spin-0 confirmado tentativamente marzo de 2013. [ 1 ]

+ y no -  paridad

El estudio de los ángulos en los que los productos de desintegración vuelan aparte. Paridad negativo también fue desfavorecido si se confirmó spin-0. [ 144 ]

Paridad positiva confirmado tentativamente. [ 1 ]

Canales de decaimiento (resultados de descomposición de partículas) son como se predijo

El Modelo Estándar predice los patrones de desintegración de un 125-126 GeV bosón de Higgs. Son éstos todos están viendo, y al tipo de derecho?

Especialmente significativo, debemos observar decaimientos en pares de fotones (γ γ), los bosones W y Z (WW y ZZ), los quarks abajo (bb), y los leptones tau (τ τ) , entre los posibles resultados.

γ γ , WW y ZZ observaron; bb, τ τ todavía no está confirmado. Algunos niveles de ramificación (tasas de decaimiento) son un poco más altos de lo esperado en los resultados preliminares, en particular H → γ γ que da un pico en ATLAS un poco más alto que el observado en los decaimientos 4 leptones-y al CMS .[ 145 ]

Parejas a masa(es decir, interactúa con las partículas que tienen masa)

El físico de partículas Adam Falkowski afirma que las cualidades esenciales de un bosón de Higgs son que es un spin-0 (escalar) de partículas que también se acopla a masa (bosones W y Z); demostrando spin-0 por sí sola es insuficiente. [ 143 ]

Los acoplamientos a masa fuertemente evidenciado ("Al 95% de nivel de confianza c V está dentro del 15% del valor estándar modelo c V = 1 "). [ 143 ]

Resultados más altos de energía siguen siendo coherentes

Después del 2015 el reinicio del LHC en plena energías planificadas del LHC de 13 - 14 TeV , busca para múltiples partículas de Higgs (como se predijo en algunas teorías) y las pruebas dirigidas a otras versiones de la teoría de las partículas se llevarán a cabo. Estos resultados más altos de energía deben seguir dando resultados consistentes con las teorías de Higgs

Para estudiar siguiente actualización LHC

La discusión pública [ edit ]Nombrar [ edit ]Los nombres usados por los físicos [ editar ]

El nombre más fuertemente asociada con la partícula y el campo es el bosón de Higgs [ 80 ] : 168 y el campo de Higgs. Desde hace algún tiempo la partícula era conocido por la combinación de sus nombres PRL autor (incluso a veces de Anderson), por ejemplo la partícula Brout-Englert-Higgs, la partícula Anderson-Higgs o la Englert-Brout-Higgs-Guralnik-Hagen- mecanismo Kibble, [ Nota 15 ] y estos se siguen utilizando en algunas ocasiones. [ 50 ] [ 147 ] Impulsado en parte por el tema del reconocimiento y un premio compartido potencial Nobel, [ 147 ] [ 148 ] el nombre más apropiado es todavía de vez en cuando un tema de debate en 2012. [ 147 ] (el propio Higgs prefiere llamar la partícula, ya sea por las siglas de todos los involucrados, o "el bosón escalar", o "la llamada partícula de Higgs". [ 148 ] )

Una cantidad considerable se ha escrito sobre cómo llegó el nombre de Higgs para uso exclusivo. Se ofrecen dos explicaciones principales.

Razón Bases de explicación

Higgs llevó a cabo un paso que era o único, más claro o más explícito en su papel, en la predicción de manera formal y el examen de la partícula.

De los autores de los documentos de PRL ', sólo el documento de Higgs explícitamente ofrece como una predicción, que existiría una partícula masiva, y calcula algunas de sus propiedades; [ 80 ] : 167 [ 149 ] , por lo tanto él fue "el primero en postular la existencia de una partícula masiva "de acuerdo a la naturaleza . [ 147 ] El físico y autorFrank Close y físico-blogger Peter Woit tanto comentario de que el documento de GHK también se completó después de Higgs y Brout-Englert se publicaron.[ 80 ] : 167 [ 150 ] y que solo Higgs había llamado la atención sobre un masivo predicho escalar de Higgs, mientras que todos los demás se habían centrado en las masivasvector bosones; [ 80 ] : 154, 166, 175 [ 150 ] De este modo, la contribución de Higgs también proporcionó los experimentadores con una importante "objetivo concreto" necesario para poner a prueba la teoría. [ 151 ] Sin embargo, en vista de Higgs ', Brout y Englert no mencionaron explícitamente el bosón ya que su existencia es claramente evidente en su trabajo, [ 54 ] : 6 , mientras que de acuerdo con el documento Guralnik GHK fue un análisis completo de todo el mecanismo de ruptura de la simetría cuyo rigor matemático está ausente de los otros dos documentos, y una partícula masiva puede existir en algunas soluciones. [ 81 ] : 9 papel Higgs 'también proporcionó una declaración "especialmente fuerte" del desafío y su solución de acuerdo con el historiador científico David Kaiser. [ 148 ]

El nombre se popularizó en la década de 1970 debido a su uso como una taquigrafía conveniente o debido a un error al citar.

Muchas cuentas (incluyendo Higgs propia [ 54 ] : 7 ) el nombre "Higgs" nombre al físico Benjamin Lee (en coreano : Lee Whi-soh). Lee era un populista significativo para la teoría en sus primeras etapas, y habitualmente asociado el nombre de "Higgs", como un "atajo conveniente" para sus componentes desde 1972[ 17 ] [ 147 ] [ 152 ] [ 153 ] [ 154 ] y en al . menos en una ocasión desde tan temprano como 1966 [ 156 ] [ 80 ] : 167 Aunque Lee aclaró en sus notas que "'Higgs' es una abreviatura de Higgs, Kibble, Guralnik, Hagen, Brout, Englert", [ 154 ] su uso del término (y quizás también Steven Weinberg de confundirse citan de Higgs 'papel como la primera en su artículo seminal 1967 [ 80 ] [ 155 ] [ 156 ] ) significó que por alrededor de 1975-1976 los demás también habían comenzado a utilizar el nombre de 'Higgs «exclusivamente como taquigrafía. [ 157 ]

Apodo [ editar ]

El bosón de Higgs se refiere a menudo como la "partícula de Dios" en medios populares fuera de la comunidad científica. El apodo viene del título de un libro sobre el bosón de Higgs y la física de partículas 1993 por el Nobel de Física ganador y Fermilab director Leon Lederman . [ 21 ] Lederman escribió en el contexto de fallar el apoyo del gobierno de EE.UU. para el superconductor de Super Collider , [ 158 ] una titánica parte construida [ 159 ] [ 160 ] competidor para el Gran Colisionador de Hadrones con energías de colisión previstas de 2 × 20 TeV que fue defendido por Lederman desde su creación 1983 [ 158 ] [ 161 ] [ 162 ] y cerraron en 1993. El libro buscado en parte para promover la conciencia de la importancia y la necesidad de un proyecto de este tipo en la cara de su posible pérdida de fondos. [ 163 ]

Mientras que el uso de medios de este término puede haber contribuido a un mayor conocimiento e interés, [ 164 ] muchos científicos sienten que el nombre es apropiado[ 17 ] [ 18 ] [ 165 ] , ya que es sensacional hipérbole y engaña a los lectores; [ 166 ] la partícula también tiene nada que ver con Dios , [ 166 ] deja abiertas numerosas cuestiones de física fundamental , y no explica lo último origen del universo . Higgs, un ateo , se informó a ser molesto y declaró en una entrevista de 2008 que le parece "vergonzoso" porque era "el tipo de mal uso ... que creo que podría ofender a algunas personas". [ 166 ] [ 167 ] [ 168 ] El escritor científico Ian Sample afirma en su libro de 2010, sobre la búsqueda de que el apodo es "universalmente odio [d]" por los físicos y quizás el "peor ridiculizado" en la historia de la física , pero que (según Lederman) el editor rechazó todos los títulos que citan "Higgs", como carente de imaginación y demasiado desconocido. [ 169 ]

Lederman comienza con una revisión de la larga búsqueda humana del conocimiento, y explica que su título la lengua en la mejilla establece una analogía entre el impacto del campo de Higgs en las simetrías fundamentales en el Big Bang , y el aparente caos de estructuras, partículas , las fuerzas e interacciones que dieron y dieron forma a nuestro universo actual, con la historia bíblica de Babel en la que el único idioma primordial de principios de Génesis fue fragmentado en muchos idiomas diferentes y culturas. [ 170 ]

Hoy ... tenemos el modelo estándar, lo que reduce toda la realidad a una docena de partículas y cuatro fuerzas. ... Es una simplicidad ganada [... y ...] muy precisa.Pero también es incompleta y, de hecho, carece de coherencia interna ... Este Higgs es tan fundamental para el estado de la física de hoy en día, tan crucial para nuestra comprensión final de la estructura de la materia, sin embargo, tan difícil de alcanzar, que yo os la he dado un apodo : la partícula de Dios. ¿Por qué la partícula de Dios? Por dos razones. Uno, el editor no sería llamémosla la Goddamn Particle, aunque eso podría ser un título más apropiado, dado su carácter malvado y el gasto que está causando. Y dos, hay una conexión, de todo tipo, a otro libro , un mucho más viejo ...

-Leon M. Lederman y Dick Teresi,  La Partícula de Dios: Si el

universo es la respuesta, ¿cuál es la pregunta  [ 21 ] p. 22

Lederman pide caprichosamente si el bosón de Higgs se añadió sólo para dejar perplejo y confundir los que buscan el conocimiento del universo, y si los físicos se confundió por ella como se relata en la historia, o en última instancia, superar el desafío y entender "qué hermoso es el universo [Dios ha] hecho ". [ 171 ]

Otras propuestas [ edit ]

Un concurso de cambio de nombre por el periódico británico The Guardian en 2009 dio lugar a su corresponsal de ciencia elegir el nombre de "la botella de champán de Higgs ", como la mejor presentación:" El fondo de una botella de champán está en la forma del potencial de Higgs y se utiliza a menudo como una ilustración en conferencias de física. Así que no es un nombre vergonzosamente grandioso, es memorable, y [que] tiene algún tipo de conexión física también ". [ 172 ] El nombre Higgson Se sugirió también, en un artículo de opinión en el Instituto de Física en línea publicación physicsworld.com . [ 173 ]

Explicaciones y analogías de los medios [ editar ]Ha habido un considerable debate público de las analogías y las explicaciones de la partícula de Higgs y cómo el campo crea masa, [ 174 ] [ 175 ] incluyendo la cobertura de los intentos explicativos por derecho propio y un concurso en 1993 para la mejor explicación popular por el entonces Reino Unido Ministro de Ciencia Sir William Waldegrave [ 176 ] y artículos en los periódicos de todo el mundo.

Fotografía de la luz que pasa a través de un prisma de dispersión : el efecto

arco iris surge porque los fotones no se ven afectados en la misma medida

por el material de dispersión del prisma.

Una colaboración de educación que incluye un físico LHC y unos maestros de escuelas secundarias en el CERN educador sugiere que la dispersión de la luz - responsable del arco iris y el prisma de dispersión -. es una analogía útil para la simetría del campo de Higgs allanamiento de efecto de masa que causa [ 177 ]

Ruptura de la simetría en la óptica

En el vacío, la luz de todos los colores (o fotones de todas longitudes de onda ) se desplaza a la misma velocidad , una situación simétrica. En algunas sustancias como el vidrio , el agua o el aire , esta simetría se rompe (Ver: Los fotones de la

materia ) . El resultado es que la luz de diferentes longitudes de onda parece tener diferentes velocidades (como se ve desde el exterior).

Ruptura de la simetría en la física de partículas

En las teorías de "ingenua" de calibre, bosones y otras partículas fundamentales son todos sin masa - también una situación simétrica. En la presencia del campo de Higgs se rompe esta simetría. El resultado es que las partículas de diferentes tipos tienen diferentes masas.

Matt Strassler utiliza campos eléctricos como una analogía: [ 178 ]

Algunas partículas interactúan con el campo de Higgs, mientras que otros no lo hacen. Esas partículas que sienten el acto campo de Higgs como si no tuvieran masa. Algo similar sucede en un campo eléctrico - objetos cargados se tira alrededor y objetos neutrales pueden navegar sin verse afectadas. Así que usted puede pensar en la búsqueda de Higgs como un intento de hacer olas en el campo de Higgs [crear los bosones de Higgs] para demostrar que es realmente allí.

Una explicación similar fue ofrecida por The Guardian : [ 179 ]

El bosón de Higgs es esencialmente una onda en un campo dice que han surgido en el nacimiento del universo y para atravesar el cosmos hasta el día de hoy ... La partícula es crucial, sin embargo: es el arma del delito , las pruebas necesarias para demostrar la teoría que es correcto.

Efecto del campo de Higgs en partículas describió famoso por el físico David Miller como algo similar a un cuarto lleno de trabajadores del partido político distribuyan de forma equilibrada a lo largo de una habitación: la multitud gravita hacia y ralentiza la gente famosa, pero no ralentiza los demás. [ Nota 16 ] Él También llamó la atención sobre los efectos conocidos de la física del estado sólido , donde la masa efectiva de un electrón puede ser mucho mayor de lo habitual en la presencia de una red cristalina. [ 180 ]

Las analogías basadas en arrastrar efectos, incluyendo analogías de " jarabe "o" melaza "también son bien conocidos, pero pueden ser algo engañoso, ya que pueden ser entendidos (incorrectamente) como diciendo que el campo de Higgs simplemente resiste 'movimiento, pero no en otros" algunas partículas - un efecto resistivo sencilla también podría entrar en conflicto con la tercera ley de Newton . [ 182 ]

Reconocimiento y premios [ editar ]Ha habido un considerable debate sobre la forma de asignar el crédito si el bosón de Higgs está probado, hecho más señalado como un premio Nobel que se esperaba, y la amplia base de personas con derecho a examen. Estos incluyen una serie de teóricos que hicieron la teoría mecanismo de Higgs es posible, los teóricos de los 1.964 documentos de PRL (incluido el propio Higgs), los teóricos que derivan de éstos, una teoría electrodébil

de trabajo y el propio modelo estándar, y también a los experimentadores del CERN y otras instituciones que han hecho posible la prueba del campo de Higgs y el bosón en la realidad. El premio Nobel tiene un límite de 3 personas para compartir un premio, y algunos de los posibles ganadores ya son titulares de los premios para otros trabajos o están fallecido (el premio sólo se concede a las personas en su vida). Premios para los trabajos relacionados con el campo de Higgs existente, Higgs, o mecanismo incluyen:

Premio Nobel de Física (1979) - Weinberg y Salam (y un co-creador), por sus contribuciones a la teoría de los débiles y electromagnéticas interacción unificada entre partículas elementales   [ 183 ]

Premio Nobel de Física (1999) - 't Hooft y Veltman , a fin de elucidar la estructura cuántica de la interacción electrodébil   [ 184 ]

Premio Nobel de Física (2008) - Nambu (comunitario), por el descubrimiento del mecanismo de ruptura espontánea de simetría en la física subatómica   [ 52 ]

Premio Sakurai JJ de Partículas Física Teórica  (2010) - Hagen, Englert, Guralnik, Higgs, Brout y Kibble, para el esclarecimiento de las propiedades de ruptura espontánea de simetría en la teoría gauge relativista de cuatro dimensiones y del mecanismo para la generación consistente de vector masas de los bosones  [ 78 ] (para los 1.964 documentos descritos anteriormente )

Premio Wolf  (2004) - Englert, Brout y Higgs Premio Nobel de Física (2013) - Peter Higgs y François

Englert , para el descubrimiento teórico de un mecanismo que contribuye a nuestra comprensión del origen de la masa de las partículas subatómicas, y que recientemente fue confirmado por el descubrimiento de la partícula fundamental previsto, por los experimentos ATLAS y CMS en el CERN Large Hadron Collider   [ 185 ]

Además Physical Review Letters revisión de 50 años "(2008) reconoció los 1.964 documentos de PRL y 1967 el artículo de Weinberg Un modelo de leptones (el documento más citado en la física de partículas, a partir de 2012) "por hitos Letters". [ 74 ]

Tras la observación informó de la partícula de Higgs-como en julio de 2012, varios medios de comunicación indios salidas informaron sobre la supuesta negligencia de crédito para Indian físico Satyendra Nath Bose después de cuyo trabajo en la década de 1920 la clase de partículas " bosones "está llamado [ 186 ] [ 187 ] (aunque los físicos han descrito la conexión de Bose al descubrimiento tan tenue). [ 188 ]

Aspectos técnicos y formulación matemática [ edit ]Ver también: Modelo estándar (formulación matemática)

En el Modelo Estándar, el campo de Higgs es un campo escalar de cuatro componentes que forma un complejo doblete del isospin débil SU (2) de simetría:

  

 

( 1 )

mientras que el campo tiene carga 1/2 bajo el hipercarga débil U (1) simetría (en la convención, donde la carga eléctrica, Q , la isospin débil , I 3 , y el hipercarga débil, Y , están relacionadas por Q = I 3 + Y ). [ 189 ]

El potencial para el campo de Higgs, representará gráficamente

como función de  y  . Tiene unsombrero mexicano o perfil

champán botella en el suelo.

La parte de Higgs del Lagrangiano es [ 189 ]

  

 

( 2 )

donde  y  son los bosones de norma del SU (2) y U

(1) simetrías,  y  sus respectivas constantes de

acoplamiento ,  (donde  se encuentran las matrices de Pauli ) un completo conjunto de

generadores del SU (2) la simetría, y  , y  , por lo que el estado fundamental rompe el SU (2) simetría (ver figura). El estado fundamental del campo de Higgs (la parte inferior de la potencial) es degenerado con diferentes estados fundamentales relacionados entre sí por una (2) transformación de norma SU. Siempre es posible escoger un calibre tal que en el estado

fundamental  . El valor

esperado  en el estado fundamental (elvalor esperado

de vacío o vev) es entonces  ,

cuando  . El valor de medición de este parámetro es de ~ 246 GeV / c 2. [ 98 ] Tiene unidades de masa, y es el único parámetro libre del modelo estándar que no es un

número sin dimensiones. Términos cuadráticos en 

y  surgir, que dan a las masas a la W y Z bosones: [ 189 ]

  

 

( 3 )

  

 

( 4 )

con su relación de determinar el ángulo de

Weinberg ,  y dejar una U sin masa (1) de fotones ,  .

Los quarks y los leptones interactúan con el campo de Higgs a través de la interacción de Yukawa términos:

  

 

( 5 )

donde  son zurdos y los quarks y los leptones del

diestro i ª generación ,  son matrices de acoplamientos de Yukawa donde hc denota los términos conjugadas hermitianos. En el estado fundamental ruptura de la simetría,

sólo los términos que contienen permanecen, dando lugar a términos de masa para los fermiones.Rotación de los campos de quarks y leptones a la base, donde las matrices de los acoplamientos de Yukawa son diagonales, se obtiene

  

 

( 6 )

donde las masas de los fermiones

son  , y denotan los valores propios de las matrices de Yukawa. [ 189 ]

¿Qué es y para qué sirve el bosón de Higgs?El descubrimiento que fue reconocido con el Premio Nobel de Física es

la partícula elemental a partir de la cual se origina la masa. Por qué estan

revolucionario

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Su formulación fue propuesta teóricamente por Peter Higgs como parte de un modelo

para explicar el origen de la masa. Según el científico británico, en torno a esa

partícula se genera un campo -que lleva el mismo nombre-, dentro del cual las

distintas partículas que ingresanvan adquiriendo masa.

El modelo, que revolucionó a la ciencia por ser el que mejor pudo explicar la génesis

del universo y de la vida, sólo se trataba de una teoría. La existencia del bosón no

había sido comprobada empíricamente.

Hasta que el 4 de julio de 2012 y el 14 de marzo de 2013, dos complejos experimentos

realizados por la CERN (Organización Europea para la Investigación

Nuclear) lograron identificar la existencia de una partícula elemental que tiene

todas las características del bosón de Higgs. Si bien las pruebas realizadas aún no

alcanzan para certificar su existencia, dan cuenta del éxito del modelo de

Higgs para explicar el surgimiento de la masa.

"Todavía no podemos decir si el fenómeno que estamos compartiendo es, de hecho, el

bosón de Higgs, ya que se necesitarán muchos más datos. Pero si se confirma,

será un gran avance en nuestra comprensión de la naturaleza", dijo el 4 de julio de 2012

Christoph Paus, profesor de Física del Instituto de Tecnología de Massachusetts

(MIT) y uno de los principales investigadores del CERN.

"Tras analizar una cantidad de datos dos veces y medio mayor frente a los

disponibles cuando se hizo el anuncio de julio, (los físicos) encuentran que la nueva

partícula se parece más y más al bosón de Higgs", indicaron los físicos del

CERN el 14 de marzo de 2013.

Los complejos experimentos se realizaron en Ginebra a través del Gran Colisionador de

Hadrones (LHC). Este aparato, conocido como "la Máquina de Dios", es un acelerador

y colisionador de partículas creado para simular un Big Bang a escala subatómica.

El objetivo es verificar empíricamente cómo se crea la materia y evaluar si

esto coincide con el modelo descrito por Higgs. Si bien todavía quedan muchas pruebas

por realizar para confirmar la correspondencia entre la teoría y los hechos, cada vez se

está más cerca.

"Para mí está claro que se trata de Higgs, aunque todavía queda un largo

camino para saber qué tipo de Bosón de Higgs es", afirmó en 2013 Joe Incandela,

portavoz de uno de los experimentos.

Para Paul Padley, profesor de Física de la Universidad de Rice, Texas,

también miembro del equipo, el descubrimiento de esta partícula "abre una

ventana clave para entender por qué existe el universo y por qué estamos

aquí, y puede arrojar luz sobre los secretos de la materia oscura".Ver más: Partícula de Dios

 , Premio Nobel

El Bosón de HiggsEnviado por Omar Gómez Castañeda

1. Introducción 2. Los acontecimientos en pleno desarrollo 3. ¿Por qué es tan importante encontrar el bosón de Higgs? 4. Polémica sobre el Bosón 5. Conclusión 6. Referencias

IntroducciónEl hallazgo se produjo el pasado 4 de julio de 2012 en medio de una gran expectación científica. Y, aunque tiene un elevadísimo grado de fiabilidad, está aún pendiente de una mayor definición que aclare de si se trata del bosón del campo de Higgs, o de otro tipo de bosón.Esta partícula fue planteada por Peter Higgs como una hipótesis hace más de 40 años. Para ello, el físico británico no necesitó nada más que un lápiz y papel. Pero su contenido es clave para explicar cómo otras partículas elementales -aquellas que no están compuestas de partículas más pequeñas, como electrones o quarks- obtienen su masa.En realidad, si se trata del esperado bosón de Higgs, confirmaría lo que los expertos llaman la rotura espontánea de la simetría. Para que funcione el Modelo Estándar, las leyes físicas deben cumplir una simetría que permite el orden que hay en la naturaleza y que sigue principios muy básicos. Pero tiene un problema: para que eso sea cierto los cuerpos no deben tener masa y eso está en flagrante contradicción con lo que observamos en el Universo.Por ese motivo, Peter Higgs predijo la existencia de un mecanismo que se puede describir como un campo invisible presente en todos y cada uno de los rincones del universo. Ese campo es precisamente el que hace que las partículas que lo atraviesan tengan masa. El bosón de Higgs es el componente fundamental de ese campo, de la misma manera que el fotón es el componente fundamental de la luz. Es el intermediario presente en todas partes del universo que hace que las partículas tengan masa, el cemento que permite a otras partículas elementales como los quarks organizarse y formar cuerpos como los electrones, neutrones y protones que componen el átomo, y por tanto la materia.

Los acontecimientos en pleno desarrolloVarias décadas después de la brillante propuesta del físico de Reino Unido, la comunidad internacional se gastaba 4.000 millones de euros para construir un laboratorio de partículas capaz de generar suficiente energía como para producir bosones de la misma forma que surgieron poco después del Big Bang que formó el Universo. Así nació el CERN de Ginebra, como una gran instalación científica y técnica cuyo objetivoprincipal era dar con la partícula más buscada por la Física. El bosón de Higgs era la última pieza que faltaba por demostrar para validar el Modelo Estándar en el que se basa la física de partículas. Y todo indica que ya se ha encontrado.

Peter Higgs, en el túnel del acelerador de partículas del CERN en Ginebra. | CERN

¿Por qué es tan importante encontrar el bosón de Higgs?Porque podría contener la respuesta a la siguiente cuestión: ¿cómo decide la naturaleza a qué partículas les asigna masa y a cuáles no? Todas las partículas elementales que forman la materia (seis leptones y seis quarks) tienen masa. Sin embargo otras como el protón, responsable de la fuerza electromagnética, no tienen masa. La presencia o ausencia de masa podría venir dada por el bosón de Higgs, cuya existencia se propuso en los años sesenta. "Confirmar la existencia del bosón de Higgs en el modelo estándar supondría haber comprendido el mecanismo por el cual las partículas adquieren masa, un mecanismo que en su versión más simple predice la existencia de -al menos- un bosón que cuando interacciona con las otras partículas (quarks, leptones y otros bosones), hace que estas adquieran masa", explica Teresa Rodrigo, investigadora del Instituto de Física de Cantabria que participa en los experimentos del CERN.¿Qué es el campo de Higgs? Para explicar por qué unas partículas tienen masa y otras no, el físico británico Peter Higgs (y simultánea pero independientemente, también Francois Englert, Robert Brout, Gerald Guralnik, Dick Hagen y Tom Kibble) postuló en los años 60 del siglo XX un mecanismo que se conoce como el "campo de Higgs". Al igual que el fotón es el componente fundamental de la luz, el campo de Higgs requiere la existencia de una partícula que lo componga, que los físicos llaman "bosón de Higgs". El campo de Higgs sería una especie de continuo que se extiende por todo el espacio, formado por un incontable número de bosones de Higgs. La masa de las partículas estaría causada por una especie de "fricción" con el campo de Higgs, por lo que las partículas más ligeras se moverían por este campo fácilmente mientras que las más pesadas lo harán con mayor dificultad.¿Quién acuñó el nombre de "partícula de Dios"?Fue el Premio Nobel de Fïsica Leon Lederman, en el libro "Si el universo es la respuesta, ¿cuál es la pregunta?". Sin embargo muchos investigadores prefieren el apodo de "la partícula de la botella de champagne", haciendo alusión a la anécdota según la cual el físico David J. Miller ganó en 1993 una botella de champagne ofrecida por el ministro de ciencia británicoWilliam Waldegrave, que la ofreció como "premio" a quien fuese capaz de explicarle que era el bosón de Higgs.¿Por qué se usa el LHC para buscar el bosón de Higgs?La confirmación o refutación de la existencia del bosón de Higgs es uno de los objetivos del Gran Colisionador de Hadrones (LHC, por sus siglas en inglés), el mayor y más potente acelerador de partículas del mundo que opera la Organización Europea para la Investigación Nuclear (CERN) en la frontera franco-suiza, cerca de Ginebra

(Suiza). En el interior del anillo del acelerador del CERN colisionan protones entre sí a una velocidad cercana a la de la luz. Según los cálculos los bosones de Higgs deberían producirse en choques frontales entre protones de energías del orden de 20 TeV. Al fin y al cabo, cuanto mayor sea la energía de las partículas que chocan más masa tendrán las resultantes, según la famosa ecuación de Einstein E=mc2. No obstante, el bosón de Higgs no se puede detectar directamente, ya que una vez que se produce se desintegra casi instantáneamente dando lugar a otras partículas elementales más habituales (fotones, muones, electrones…) que sí son detectadas en el LHC.¿Por qué se habla de probabilidades en lugar de hablar de descubrimiento del bosón de Higgs?¿Qué significan los "sigmas" de los que hablan los físicos?El bosón de Higgs no puede observarse directamente porque si tiempo de vida es demasiado corto. Al final de su vida, decae y se transforma en otras partículas que son las que los detectores observan. Por ejemplo, en dos fotones. Pero otros muchos procesos también generan dos fotones, de modo que los científicos tienen que comparar el número de "eventosde dos-fotones" y compararlo con lo que se espera para una determinada partícula. Para reclamar la paternidad de un descubrimiento, los físicos necesitan tener un exceso de colisiones significativas, lo que precisa de otra magnitud: la desviación estándar o el "número de sigmas", que establece la significancia estadística de ese descubrimiento. Al hacer el anuncio sobre el bosón de Higgs, Fabiola Gianotti ha dicho: "Hemos observado señales claras de una nueva partícula en el nivel de cinco sigma en la región de la masa alrededor de 126 gigaelectronvoltios (GeV)". El valor cinco sigma es el nivel mínimo aceptado por la comunidad científica para confirmar el descubrimiento de una partícula, e indica que la probabilidad de que lo que estemos viendo sea fruto del azar es más pequeña que unas pocas partes en diez millones (o que la confianza es del 99,99994%).

Fotogalería: la búsqueda del bosón de Higgs

Polémica sobre el BosónCon ésto del osón de Higgs se ha vuelto a comprobar que muchos se aventuran a decir barbaridades sin tener la menor idea. La ignorancia es atrevida, ya se sabe. Precisamente por eso uno, que para nada es experto en el tema, prefiere no abrir la boca y parecer tonto que pronunciarse y despejar cualquier día al respecto, como decía Groucho Marx. He leído algunos libros sobre física teórica y física cuántica, y pasados bastantes años desde que me interesé sobre el tema (gracias a la serie y al libro "Cosmos", de Carl Sagan), la física cuántica me parece tan fascinante como inaprensible en sus últimos términos, si no se tienen conocimientos matemáticos avanzados -como es mi caso-. No pretendo, pues, explicar qué es el bosón de Higgs ni sus implicaciones, sino comentar hasta qué punto esta ínfima partícula ha servido para retratar ciertos prejuicios.Poco después del anuncio del descubrimiento, hubo alguien que señaló en Twitter que "Higgs, como buen científico, es ateo". Enseguida le recordé que Isaac Newton, considerado el mayor científico de todos los tiempos, junto a Albert Einstein, era un religioso ferviente. No hace falta irse tan lejos. El propio Einstein dijo que "Dios no juega a los dados". Y son legión los científicos creyentes e incluso religiosos. No todos piensan como Stephen Hawking o como Bertrand Russell, considerado paradigma del ateísmo. La trascendencia y la idea de Dios no son incompatibles con la ciencia, ni la religión ha estado siempre en contra de la investigación científica, por más que recordemos los casos de Galileo, Giordano Bruno y Servet.

La confirmación de la existencia de la mal llamada "partícula de Dios" (Higgs la llamó la "partícula maldita", "goddamn particle", por su carácter esquivo, pero la editorial cambió el nombre, por parecerle inapropiado, a "God particle") no demuestra una mano divina en la creación, pero tampoco la descarta. El dichoso bosón ha sido utilizado por algunos ateos como arma arrojadiza contra los creyentes, y a la inversa. Me recuerda a aquella escena de "Contact" (otra vez Carl Sagan) en la que varias sectas y grupos de iluminados que se dan cita en el desierto tratan de apropiarse del acontecimiento del contacto con los extraterrestres.Yo creo que la ciencia no debería tratar de responder a las preguntas que plantea la filosofía y la religión, cuestiones que a buen seguro están abocadas a quedar sin respuesta. Muchas veces se plantea la propia racionalidad del universo, la existencia de leyes físicas lógicas, como prueba de la no existencia de Dios, como si éste tuviese que ser un ser arbitrario e irracional (que jugase  a los dados). Por contra, el orden y la armonía del Universo ("cosmos" en griego significa ordenado, armonioso, según el término utilizado por Pitágoras) le sugiere a muchos científicos la existencia de algo superior y trascendente. No creo exactamente en el Dios que dibujan en "El Jueves", un señor barbudo con túnica blanca subido a las nubes… Seguramente no es un Dios personal. Creo en un principio superior que rige el universo, que nos hace humanos, espirituales y trascendentes. Tal vez sea el amor. O la razón. No lo sé. Respeto a los que no creen, a los que piensan que somos un mero conjunto de moléculas, como el propio Carl Sagan, que murió de cáncer, aún relativamente joven (62 años), sin pensar en ningún momento en que pasaba a otra vida… Como a muchos científicos, el conocimiento de un Universo casi infinito y a la vez lógico me sugiere una idea de Dios. A otros, sin embargo, les aleja de esa creencia. Cuando la ciencia responde una pregunta, surgen otras, muchas veces con implicaciones filosóficas. Ocurrió con el principio de indeterminación de Heisenberg. ¿Es el método empírico la única manera de lograr el conocimiento? A veces se confunde, erróneamente, lo racional con lo empírico, lo que podemos demostrar experimentalmente.Dejo aquí un extracto de una entrevista que se hizo hace poco más de un año al físico y académico José Manuel Sánchez Ron, considerado uno de los científicos más destacados , y que fue publicada en Faro de Vigo. Sánchez Ron vaticinó que el descubrimiento del bosón sería noticia de primera página, como así ha sido, en una prensa diaria que desprecia por regla general las noticias científicas. También explica mejor que yo para qué sirve y para qué no sirve el acelerador de partículas del CERN, la polémica sobre "El gran diseño" de Stephen Hawking y qué pinta -si pinta algo- Dios en todo esto:-El acelerador de partículas del CERN, ¿propiciará algún descubrimiento que mejore nuestras vidas, además de aclarar la polémica sobre el bosón de Higgs?-El LHC (gran colisionador de hadrones) está diseñado para resolver problemas teóricos. Como no soy un físico de partículas elementales ni lo he sido nunca, no voy a utilizar el argumento de que esta investigación produce los llamados spin-offs, resultados útiles que pueden resultar en cualquier proyecto de gran ciencia [el velcro en los viajes lunares, por ejemplo]. De manera directa no, pero nunca se sabe. Es difícil pensar en una rentabilidad en el campo energético en un corto o medio plazo.-¿Se puede esperar algún descubrimiento que ocupe las primeras páginas de los periódicos, como hace años la secuenciación del genoma humano?-Salvo que se descubra el bosón de Higgs, la llamada "partícula divina", no. Lo que sí se ha conseguido, creo que con una inteligente política del CERN, es que cuando el LHC comenzó a funcionar suscitó cierto interés en los medios de comunicación, que siguieron su puesta en marcha y los problemas que tuvo. Es importante para lo que antes se llamaba la física de partículas elementales, pero no se pueden comparar sus posibles consecuencias con acontecimientos como la secuenciación del genoma humano.-¿La física moderna excluye que Dios haya creado el universo, como ha sugerido Stephen Hawking en El gran diseño?-Creo que eso fue una manera de hablar para atraer lectores. Para que tuviera sentido la cuestión, primero habría que entender qué quiere decir Dios, algo que yo no sé definir. A veces se utiliza la palabra Dios para evitar una pregunta de la que todos somos conscientes y que, por supuesto, nos escuece: ¿cómo empezó todo? Desde el punto de vista argumentativo y conceptual es una trampa recurrir a algo de cuyo origen no se sabe para resolver el origen de algo. Son ganas de hablar. Lo que sí tiene sentido es preguntarse por el origen del universo e imaginar por qué las leyes físicas son las que son. Eso, metafóricamente, sería rozar el problema tradicional del papel de Dios en la creación del mundo.-¿Hay preguntas que la ciencia no debería hacerse? ¿Se debe establecer una barrera entre la ciencia y la filosofía?-Si a la ciencia le pones barreras en cuanto a las preguntas, entonces se ve severamente disminuida. No sabemos si esa frontera que establecemos afecta al problema que estamos investigando. Otra cosa muy

diferente es que la sociedad decida imponer límites a posibles aplicaciones de la investigación científica. Eso es legítimo. Ya sé que las fronteras son muy tenues, teniendo en cuenta que lo que se prohíbe aquí se puede permitir allí… La investigación científica es muy necesaria, pero puede ser un terreno resbaladizo. No es un bien supremo. Eso sí, hay que separar ciencia y filosofía, aunque sus orígenes fueron comunes. La filosofía es interesante por las preguntas que plantea, no por las respuestas que da; mientras que la ciencia es importante por las preguntas y, sobre todo, por las respuestas que ofrece.Aportes del Bosón a la humanidadLos seres humanos, la naturaleza, los ríos, las frutas, todo lo que vemos, están compuestos por millones de pequeñas partículas llamadas átomos, que a su vez están formadas por otras aún más diminutas, los electrones, protones y neutrones, que forman la materia. Pero la teoría científica contemplaba otra serie de partículas minúsculas: los bosones. Estos vendrían a ser los responsables de las fuerzas que hacen que electrones, protones y neutrones se mantengan unidos y podamos observar por ejemplo una manzana."Los resultados son preliminares, pero la señal de 5 sigma alrededor de 125 GeV que estamos viendo es crucial. Es realmente una nueva partícula. Sabemos que debe ser un bosón y es el bosón más pesado jamás encontrado", apuntaba el director general del CERN, Rolf Heuer.El LHC, es un túnel de 27 kilómetros de circunferencia, los físicos provocan el choque de miles de millones de protones a casi la velocidad de la luz con el objetivo de detectar el rastro del bosón entre las cascadas de partículas o restos. Sin embargo los resultados son preliminares, quizá se tenga mayores respuestas a finales de este mismo año, acotaban los investigadores.Los científicos se preguntan qué ocurrirá a partir de ahora con este descubrimiento que aunque todavía no hay certeza de que sea lo buscado, estaría dando comienzo a una nueva era en la investigación de altas energías o en la exploración de la materia oscura del Universo.De no ser lo esperado el acontecimiento llega a ser más trascendental porque abriría la puerta a un Universo completamente desconocido en el que llegarían a caber conceptos como el de la quinta dimensión, afirman.Ahora bien, la pregunta que se hacen millones de personas alrededor del mundo, es la siguiente: ¿fue necesario gastar 10.000 millones de dólares y aún mucho más con otros proyectos con el objetivo de saber el porqué de las cosas?La ciencia y la tecnología son herramientas necesarias para ir descubriendo varias novedades en cuanto al funcionamiento de lo que vemos y tocamos y aún en nosotros mismos, porque de esta manera podemos descubrir tratamientos importantes para la mejora de nuestra salud, por ejemplo; de ahí que nadie puede negar la importancia de avanzar en estos campos.Sin embargo, pareciera como si vivimos en dos mundos diferentes; por un lado la comunidad científica tratando de investigar más allá de lo conocido, mientras por otro, la gente, que se encuentra ocupada en sus quehaceres, buscando el sustento diario, no siempre va a saber de estas cosas, porque no tiene tiempo.Frente a estos avances, existen retrocesos en el mundo que bien podrían solucionarse con al menos la mitad de los recursos invertidos. Los no creyentes se preguntan si es necesario todo este derroche de dinero, cuando existen problemas mayores para la humanidad; el famoso calentamiento global, la pobreza que cunde en el planeta; el narcotráfico en varios países del mundo, por no decir en todos, que solo significamuerte; la política mal utilizada por los gobernantes de turno, en fin.Los creyentes se preguntan si es necesario todo este desembolso, frente a tantos inconvenientes para la humanidad, por el hecho de responderse a la pregunta que ya fue contestada hace más de 2000 años por Jesús.

ConclusiónDe momento, la principal conclusión es que si existe el bosón de Higgs su rango de masas más probable está entre 116 y 130 GeV, según el experimento ATLAS, y entre 115 y 127 GeV, según CMS. Ambos experimentos han visto indicios en la misma región de masas, pero no lo bastante sólidos para ser considerados un descubrimiento. El bosón de Higgs, de existir, tiene una duración muy breve y se desintegra en muchas formas distintas. Su descubrimiento se basa en observar las partículas en las que se desintegra más que el propio bosón de Higgs. Tanto ATLAS como CMS han analizado varios canales de desintegración, y han visto pequeños excesos en la región de baja masa donde la presencia del bosón de Higgs aún no había sido excluida. Por separado, ninguno de estos excesos es más significativo estadísticamente que lanzar un dado y sacar dos seis consecutivos. Lo interesante es que hay diferentes medidas independientes que señalan a la región entre 124 y 126 GeV. Es aún muy pronto para decir si

ATLAS y CMS han descubierto el bosón de Higgs, pero estos resultados actualizados están generando un gran interés en la comunidad científica de física de partículas.

Leer más: http://www.monografias.com/trabajos94/boson-higgs/boson-higgs.shtml#ixzz35PHD6Cqp

¿Qué importancia tiene haber descubierto el bosón de Higgs?

Por Javier Peláez | Cuaderno de Ciencias – mié, 4 jul 2012

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Colision de particulas en el LHCEn la

crónica anterior de lo sucedido en la mañana de hoy durante la Conferencia

desde Ginebra en la que se anunciaba el descubrimiento del bosón de

Higgs, seguramente muchos de vosotros os hayáis quedado con la impresión

de haber asistido a algo histórico pero sin saber qué repercusiones reales tiene

este hallazgo.

El CERN anunciaba hoy oficialmente el descubrimiento del bosón de Higgs.

Pero... ¿Qué importancia tiene este hecho?

Para entender esta pregunta en primer lugar hay que hacer un breve

resumen de qué es esta partícula y qué lugar ocupa en el sistema físico

actual.

[Te puede interesar: Los físicos del Fermilab descubren una nueva fuerza o

partícula]

Una de las grandes cuestiones que han intrigado durante siglos a los físicos

es por qué las cosas tienen masa. En el Universo existen cuatro grandes

fuerzas: la gravedad, el electromagnetismo y dos fuerzas atómicas, la fuerza

nuclear fuerte y la débil. Estas fuerzas funcionan mediante la interacción

de partículas. Por ejemplo, el electromagnetismo es la fuerza que mantiene

unida a la materia y funciona intercambiando partículas, llamadas fotones.

Sin embargo, hasta hoy había un gran problema: los físicos no sabían

exactamente cómo funcionaba la masa y cual era la partícula que otorgaba

masa a todas las cosas que nos rodean. Desde hace años han surgido diversas

teorías que intentaban explicar este enigma.Hay que tener en cuenta que toda

nuestra física de partículas se basa en el llamado Modelo Estandard. Este

sistema en el que se fundamentan los pilares de nuestra física, une la

relatividad de Einstein y la mecánica cuántica, explicando las interacciones

entre partículas que componen la materia. Además, y aunque hasta hoy no

tenía confirmación oficial, también predecía la existencia de una partícula,

el bosón de Higgs, con un papel importantísimo en el origen de la masa del

resto de partículas fundamentales.

Hoy, esa partícula responsable de que las cosas tengan masa, ha sido

oficialmente descubierta.

Y ¿por qué es histórico que se haya descubierto el bosón de Higgs?

Para contestar esta pregunta nos ponemos en contacto con Francis Villatoro,

profesor de en la Universidad de Málaga y uno de los mejores divulgadores en

el campo de la física de partículas en internet. Francis nos advierte en primer

lugar que no estamos ante un descubrimiento que traiga en un futuro

inmediato grandes avances a nuestra vida cotidiana. No se van a fabricar

coches más rápidos, ordenadores más potentes o teléfonos más avanzados. El

gran paso que se ha dado hoy se mide en un solo parámetro:

Conocimiento.

Hoy, con la confirmación de esta nueva partícula, conocemos mejor

nuestro Universo. Sabemos con más exactitud cómo funciona nuestro mundo

y hemos dado un pequeño paso de gigante en nuestra relación con lo que nos

rodea.

[Te puede interesar: Físicos proponen la existencia de un universo paralelo]

La importancia de este bosón radica en dos aspectos fundamentales:

Nuestro modelo de partículas, el sistema con el que estudiamos el

Universo, es correcto. Vamos por el buen camino. Si el bosón de Higgs no

existiera significaría que durante más de 50 años hemos estado haciendo algo

muy mal en la física. El sistema Estandard por el que funcionamos desde hace

tanto tiempo tendría un agujero enorme que nos obligaría a replantearnos

muchos de los conocimientos que creíamos sólidos.

Conocer con un alto grado de exactitud la masa de este bosón (125.5

GeV) nos permitirá en un futuro rellenar otras lagunas que aún quedan

en la física. Nuestros conocimientos aún tienen muchos huecos, todavía no

sabemos lo suficiente de cómo funciona el Universo. Sin embargo, el paso que

hemos dado hoy es un gran avance para aumentar nuestro conocimiento sobre

las leyes fundamentales del Cosmos, desde lo más grande a lo más pequeño.

Por delante queda un inmenso camino, recorrerlo con acierto depende de

nosotros. Hoy se ha demostrado que no vamos por mal encauzados.

Los avances que surgirán a partir de la "partícula de Dios"

El hallazgo del bosón de Higgs en los laboratorios europeos del Cern permitirá diseñar nuevas terapias contra el cáncer, masificar la computación distribuida para manejar enormes cantidades de datos y crear nuevas formas de energía limpia para descontaminar el planeta. Eso para empezar...

por Ricardo Acevedo / Fotografía: Universidad de Edimburgo

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USTED lee este artículo en su computador o se sienta con la televisión o

la radio encendida de fondo para leerlo en la versión impresa. Luego

suena su celular, revisa allí unos correos y, acto seguido, toma su auto

para salir de compras. Posteriormente, llega al supermercado y las

puertas se abren solas apenas ingresa. Lo cierto es que pocas personas

reparan en el origen de esos adelantos que acompañan nuestra vida

cotidiana: todos fueron posibles gracias a los hallazgos de la física a

comienzos del siglo XX.

Un siglo más tarde, un nuevo descubrimiento de esta ciencia promete

una nueva revolución. Expertos de la Organización Europea para la

Investigación Nuclear (Cern) anunciaron esta semana el hallazgo de la

llamada “partícula de Dios” o bosón de Higgs, como parte de uno de los

mayores experimentos en la historia de la física al interior del Gran

Colisionador de Hadrones (LHC), una enorme estructura subterránea

con túneles de 27 kilómetros de largo ubicada en la frontera franco-

suiza. Desde la década de los 60 que se buscaba la existencia de esta

partícula, el rompecabezas que faltaba para entender por qué existe la

masa de las partículas elementales. Si el electrón, por ejemplo, no

tuviera masa no se formarían los átomos y, sin los átomos, no existirían

planetas ni estrellas ni personas.

Los físicos explican que aún es imposible predecir las aplicaciones para

la vida cotidiana que tendrá el hallazgo del bosón de Higgs sin caer en

la esfera de la ciencia ficción, tal y como en su momento ocurrió con

otros grandes hallazgos como el del mismo electrón. De hecho, cuando

en 1897 el físico británico y Premio Nobel J.J. Thompson anunció dicho

descubrimiento, pensó que la partícula que permitió el desarrollo de la

electrónica moderna “no servía para nada práctico”.

“Las consecuencias de este hallazgo las podríamos ver en mucho

tiempo, tal vez 100 años más”, explicó el físico de la Universidad

Católica de Chile, Marco Aurelio Díaz. Y es que en rigor estamos

entrando en una nueva era de comprensión de la materia. El bosón -que

fue teorizado en 1964 por el físico británico Peter Higgs- casi es una

especie de campo invisible que actúa sobre las partículas y que

determina la masa de estas.

Pero hay aplicaciones concretas que verán la luz en el corto plazo, en

especial aquellas derivadas de la gigantesca infraestructura que se tuvo

que desarrollar para conseguir colisiones de partículas a una velocidad

cercana de la luz: desde nuevas terapias contra el cáncer capaces de

atacar directamente a las células malignas, hasta supercomputadores

que funcionen perfectamente coordinados para procesar enormes

cantidades de datos, pasando por energías limpias para descontaminar

la Tierra.

Terapia de hadrones

Uno de los primeros avances está relacionado con la medicina, ya que el

colisionador de partículas permitirá perfeccionar un tratamiento para

irradiar tumores usando aceleradores de protones: la llamada “terapia

de hadrones”. La gran ventaja de estos tratamientos en comparación

con el método tradicional basado en rayos X es que mientras esta última

técnica afecta los tejidos vecinos al tumor, la terapia con protones

bombardea exclusivamente las células malignas. Si bien esta técnica

comenzó a desarrollarse hace más de una década, actualmente se

necesitan enormes infraestructuras para poder aplicarla, lo que hace

difícil su masificación.

Pero el detector de fotones ultrasensitivos, creado especialmente para

este experimento, ha demostrado que se pueden desarrollar equipos

mucho más maniobrables y pequeños. Del mismo modo, la

infraestructura elaborada para estudiar la física de partículas permitirá

mejorar significativamente sistemas de imágenes médicas como las

tomografías basadas en emisión de positrones (PET scan). “Hay que

recordar que esta técnica nace precisamente en esta clase de

experimentos con aceleradores de partículas”, explica el físico y

académico de la Universidad Santa María, Alfonso Zerwekh.

"Grid computing"

Otro desarrollo relevante se relaciona con la infraestructura

computacional que se tuvo que construir para procesar la enorme

cantidad de datos que se generó con el experimento. Para tener una

idea, las colisiones de partículas en el colisionador de hadrones

permitían generar tal cantidad de información como para llenar un DVD

cada cinco a 10 segundos. La única manera de procesar esta enorme

cantidad de información fue a través de una red de más de 60 mil

computadores distribuidos en todo el mundo y que operaron en

conjunto. Este trabajo colaborativo es lo que se conoce como grid

computing y que consiste en juntar todos los PC conectados a internet,

sumar todas sus memorias, discos y capacidad de procesamiento, para

obtener como resultado un gran “supercomputador” capaz de manejar

enormes cantidades de datos.

La grid vendría a ser, entonces, como una aplicación del tipo peer to

peer similar el antiguo Napster, pero en lugar de compartir música o

películas, lo que se intercambia es poder de cómputo, instalando para

ello un software especial en el equipo. Esta infraestructura comenzó a

ser desarrollada en los 90 y una de las experiencias más famosas fue el

proyecto Seti at Home, que en 1999 utilizó el poder de cómputo de

millones de computadores para procesar datos de radiotelescopios en

busca de señales de vida inteligente en el cosmos. Pero

lagrid desarrollada en LHC implica un enorme salto en este sistema,

que a partir de ahora podrá beneficiar áreas científicas tan diversas

como la medicina o el entretenimiento, creando espectaculares

videojuegos inmersivos donde todo será posible.

Otras áreas de investigación que se beneficiarán gracias al grid

computing son la meteorología, sismología y astronomía, que requieren

procesar enormes cantidades de datos. Y no es una promesa menor, en

especial si consideramos que la internet a la que usted se conecta a

diario fue también desarrollada en el Cern a comienzos de la década de

los 90.

Energía y transporte del futuro

Las energías también prometen. Los científicos dicen que se podría

crear reactores nucleares más eficientes, pequeños y que no

contaminen ni sean propensos a accidentes como el de Fukushima, en

Japón.

Los actuales no solo requieren gran infraestructura, sino que funcionan

a una potencia que tiene límites. La idea es que produzcan solo lo que

se necesita. Además, se podría crear un mecanismo para deshacerse de

los desechos radiactivos de manera eficiente y perfeccionar el uso de la

energía del tipo solar.

Los expertos también prevén adelantos futuristas. Un ejemplo es el

desarrollo de transportes basados en levitación magnética, como los

trenes de alta velocidad que existen en Japón. Esto gracias a que LHC

usa sistemas de campos magnéticos muy intensos y superconductores,

que ampliarían el uso de esta tecnología a todo tipo de vehículos.

Más sorprendente es la posibilidad de conocer la fuerza que permite a

las partículas tener masa y, en el futuro, poder llegar a intervenirla y

controlarla para crear objetos con propiedades sorprendentes. Una

posibilidad, por ejemplo, sería el desarrollo de cohetes con muy poca

masa, que sean capaces de alcanzar la velocidad de la luz para surcar el

universo.

Partículas de extraño nombre

Fermión: es una partícula asociada a la materia, que recibe su nombre del científico italiano

Enrico Fermi, uno de los creadores de la bomba atómica.

Bosón: clase de partículas que se asocian a la fuerza. Recibe su nombre del físico indio y colega

de Einstein Satyendra Nath Bose.

Gluón: es un tipo de bosón que trabaja con la fuerza. Debe su nombre a la palabra

inglesa glue (pegar).

Hadrón: partícula hecha de quarks. Su nombre fue propuesto por el físico ruso Lev Okun en

1962 y proviene del griego hadros (grande).

Quark: es una de las partículas fundamentales de la materia que conforman protones y

neutrones. Fue bautizada por el físico Murray Gell-Mann a partir de la novela Finnegans

Wake, de James Joyce.

¿Qué beneficio práctico obtendremos gracias a la búsqueda

del bosón de Higgs en el LHC del CERN?Francisco R. Villatoro14ENE09 4 Comentarios

La “gran ciencia” (big science) genera tecnología, tecnología punta, genera

industria, mucha industria, genera riqueza. Los grandes aceleradores de

partículas, como el LHC del CERN, son ejemplos perfectos de ello. La tecnología

de aceleradores de partículas ha permitido desarrollar dispositivos de implantación

iónica que se utilizan para la fabricación de mejores semiconductores, para la

fabricación prótesis de rodilla más duraderas, para la fabricación de neumáticos

menos contaminantes, para el desarrollo de nuevas terapias contra el cáncer. Esto

último gracias a que lo último de lo último en superimanes superconductores está

en los grandes aceleradores. Esta tecnología ha permitido desarrollar y permitirá

mejorar los potentes imanes necesarios en el diagnóstico clínico (como en

resonancia magnética nuclear) y para terapias contra el cáncer basadas en haces

de protones. Nos lo cuenta Elizabeth Clements, en “Particle physics benefits:

Adding it up,” Symmetry, dec. 2008 .

La “gran ciencia” también genera un enorme potencial humano. Sólo el 10% de los

físicos teóricos y experimentales formados en el campo de los aceleradores de

partículas acaban siendo profesores de universidad o investigadores en

instituciones públicas. El 90% restante se incorpora a la industria privada, como

nos cuenta Tona Kunz, en “A fearlessly creative workforce,” Symmetry, dec. 2008 .

Un ejemplo, el físico teórico Jorge López, especialista en la “esotérica” teoría de

cuerdas, que trabajó en el Fermilab en el experimento DZero que descubrió el

quark top en 1995, ahora trabaja en la Shell Oil, en el modelado por ordenador de

prospecciones petrolíferas en 3D. Otro ejemplo, Dave Whittum que diseñaba

aceleradores lineales de microondas para el Fermilab y el SLAC, ahora trabaja

para Varian Medical Systems, en California, desarrollando aceleradores de

partículas para el tratamiento del cáncer y aparatos de rayos X para detectar

bombas en cargueros. Un último ejemplo, muchas constructoras y promotoras

inmobiliarias de los alrededores de Chicago contratan a personas que han

trabajado para el Fermilab, incluidos doctores en física teórica, porque les están

muy buen “resultado.”

En el LHC del CERN se aceleran haces de protones. La mejor terapia contra el

cáncer está basada en aceleradores de protones, como nos cuenta Glennda Chui,

“The power of proton therapy,” Symmetry, dec. 2008 . “A la hora de luchar contra el

cáncer, el escalpelo más preciso podría ser un haz de protones.” El tratamiento del

cáncer basado en radioterapia tiene gran número de efectos secundarios, ya que

no sólo mueren las células cancerígenas. El físico teórico Robert Wilson, de la

Universidad de Harvard, propuso el uso de haces de protones en lugar de rayos X

como técnica de radioterapia en 1946 (“Radiological Use of Fast Protons“). En el

Fermilab se construyó un acelerador de protones para el Centro Médico de la

Universidad de Loma Linda, en el sur de California, el primer hospital del mundo en

ofrecer la terapia basada en protones (el primer paciente fue tratado en octubre de

1980). Actualmente hay 26 distribuidos por todo el mundo. La gran ventaja de los

protones es que es posible conseguir que descargen más del 90% de su energía

en los últimos 5 mm de su trayectoria reduciendo al mínimo los efectos

secundarios. Los avances en los grandes aceleradores de protones, como el LHC

del CERN, repercutirán en el desarrollo de equipos más pequeños y baratos para

la terapia protónica del cáncer, permitiendo que todas podamos “disfrutar” de dicha

técnica.

Las técnicas de imagen en medicina, como la resonancia magnética nuclear (MRI)

o la tomografía por emisión de positones (PET), con grandes ventajas respecto a

los rayos X, son una de las grandes contribuciones de los aceleradores de

partículas en nuestro día a día. Nos lo recuerda Calla Cofield, “deconstruction:

MRI,” Symmetry, dec. 2008 . Particle physics’ key role in producing breathtaking

images of the human body,” Symmetry, dec. 2008 . Recapitulemos brevemente la

historia de la MRI. Isidor Isaac Rabi en 1937 descubrió cómo afectan campos

magnéticos fuertes a las propiedades de los átomos y cómo así se pueden

observar sus propiedades (por ello recibió el Premio Nobel de Física de 1944).

Edward Purcell y Felix Bloch descubrieron en 1946 el fenómeno de resonancia

magnética nuclear (NMR), inicialmente para mejorar el estudio de átomos y

moléculas, pero que pronto se aplicó al estudio de tejidos vivos (por ello recibieron

en Premio Nobel de Física de 1952). En 1973, Paul Christian Lauterbur (fallecido

en 2007) descubrió cómo aplicar la NMR para obtener imágenes del cuerpo

humano, creando la MRI (por ello recibió el Premio Nobel de Fisiología y Medicina

en 2003). La técnica reción descubierta se aprovechó de los avances en las

técnicas de imanes extremadamente potentes necesarios para la construcción del

Tevatrón en el Fermilab (que se inició en 1974). La solución ideal para ambos, MRI

y aceleradores, fueron los imanes superconductores que estaban basados en

aleaciones metálicas “raras,” que en 1974 se vendían por kilos, pero que el

Fermilab empezó a comprar por toneladas. Algo tan simple como el abaratamiento

de los precios de estos materiales fue clave para el abaratamiento posterior de los

aparatos de MRI (aún hoy en día siguen siendo caros, con precios del orden del

millón de euros o superiores).

Hay muchísimas tecnologías que avanzan gracias a las necesidades de los

aceleradores de partículas. Todos disfrutamos de Internet y disfrutaremos de la

computación en grid. Los detectores de partículas basados en semiconductores

permiten desarrollar nuevas tecnologías semiconductoras. En el Fermilab

necesitaban detectores semiconductores 3D, chips 3D. El concurso lo ganó la

empresa Tezzaron Semiconductor, que desde 2006 está desarrollando este tipo de

detectores. Los chips 3D tienen muchas ventajas, básicamente porque reducen la

longitud del cableado, con lo que aumentan la velocidad de cómputo y reducen el

calentamiento de los micros (se calientan por la fricción de los flujos de electrones

en los cables, luego a menos cables, menos calentamiento). En un futuro no muy

lejano, los chips 3D se encontraran en las cámaras de fotos, los teléfonos móviles

(celulares), y los ordenadores ultraportátiles, como nos cuenta Kathryn Grim, “Labs

and industry perfect 3-D chip,” Symmetry, dec. 2008 .

En resumen, los beneficios en nuestra sociedad de la física de partículas

elementales son muchos, y serán muchos más, tanto directos como indirectos. El

número monográfico de la revista Symmetry dedicado a este tema es sólo un

botón de muestra.

Nota: esta entrada, en parte, “recontesta” la pregunta de Milton en el primer

comentario de mi entrada “Qué aprenderemos del mundo si se descubre el bosón

de Higgs en el LHC del CERN.”

Seis incógnitas que deja el bosón de Higgs

El Gran Colisionador de Hadrones (LHC), fuente esencial de los descubrimientos de "la partícula de Dios"

Foto: Web

El hallazgo del bosón de Higgs es la respuesta a muchas preguntas

pero también el punto de partida de otras nuevas.

El Gran Colisionador de Hadrones (LHC por sus siglas en inglés) tiene

por delante al menos veinte años de trabajo y los científicos se

enfrentan a un buen puñado de incógnitas fundamentales a resolver.

Aquí resumimos las 6 principales interrogantes que dejó el

descubrimiento de la partícula de Higgs.

1. La gravedad. Varios siglos después de Newton, la fuerza de la

gravedad sigue sin comprenderse. Nadie sabe a ciencia cierta cómo

sucede y se han propuesto varias soluciones, como la existencia de

una partícula llamada "gravitón", pero que aún no ha sido medido.

2. La materia y la energía oscuras. A pesar de que conforman el

95% del Universo, los científicos aún no conocen sus propiedades,

aunque hay decenas de experimentos para encontrar una explicación.

La materia oscura es el eslabón necesario para explicar una

observación en el Universo que no cuadra: al ritmo de rotación de las

galaxias, algunas estrellas deberían salir despedidas. Otro tanto

sucede con la energía oscura: si la gravedad debería hacer que el

universo se contrajera, ¿por qué se expande y además se acelera?

3. Las partículas supersimétricas. La supersimetría es una solución

a un problema muy técnico que tiene el Modelo Estándar. "No

entendemos por qué el Higgs tiene una masa tan baja", narra el físico

Fernando Cornet. "Parecería que tendría que tener una muchísimo

mayor. A pesar de todo, las colisiones en el LHC no dan por el

momento ninguna señal de SUSY (el nombre corto con el que se

conoce a la supersimetría).

4. ¿Qué pasó con la antimateria? Se cree que en el primer instante

tras el Big Bang la energía estaba equilibrada y existía tanta materia

como antimateria, pero ¿qué hizo que una dominara sobre otra? ¿Por

qué no vemos galaxias de antimateria en el universo? El Modelo

Estándar no es suficiente para explicar esto.

5. ¿Hay dimensiones extra? Para completar los huecos que deja el

Modelo Estándar se han propuesto numerosos modelos teóricos, entre

ellos la conocida como Teoría de Cuerdas y sus variantes. Esta teoría

propone que las partículas son en realidad "estados vibracionales" de 

una serie de filamentos que se extienden por el especio tiempo. Para

responder al misterio de por qué la gravedad es tan débil comparada

con las otras interacciones, explica Cornet, "se propuso también que el

espacio en vez de tener 3 + 1 dimensiones tiene 10 o más, y lo que

diferencia a la gravedad sería que se propaga en todas las

dimensiones mientras que las otras interacciones solo se propagan en

las que conocemos”.

6. ¿Hace falta un nuevo colisionador? La cuestión está sobre la

mesa, según varios investigadores del CERN, es si para la nueva fase

que nos espera, determinar las propiedades de las partículas más allá

de Higgs y puede que del Modelo Estándar, es suficiente con el LHC.

Esta inmensa máquina se diseñó para alcanzar unas energías muy

altas y hacer chocar protones contra protones. La ventaja es que se

pueden alcanzar altas energías más fácilmente, pero se genera

demasiado "ruido" y la complejidad de las señales es muy grande.

Desde hace unos años varios equipos internacionales trabajan en el

diseño de un colisionador de nueva generación que en este caso no

sería circular sino un colisionador lineal y que no haría chocar

protones sino electrones y antielectrones (positrones).

El LHC tiene planes hasta al menos 2025 tiempo durante el cual

seguirá investigando la partícula de Higgs así como otros

experimentos planeados.

Peter Higgs

Peter Higgs   

Nacimiento 29 de mayo de 1929 (85 años)

Newcastle, Tyne y Wear,   Reino Unido

Nacionalidad Inglés

Campo Física

Alma máter King's College de Londres

Conocido por Mecanismo de Higgs, bosón de Higgs

Premios

destacados

Medalla Hughes (1981)

Medalla Rutherford (1984)

Medalla y Premio Paul Dirac(1997)

Sociedad Europea de Física(1997)

Premio Wolf en Física (2004)

premio Oskar Klein Memorial Lecture (2009)

Premio Sakurai (2010)

Premio Nobel de Física  (2013)

Premio Príncipe de Asturias de Investigación

Científica y Técnica   (2013)

Sitio web

Peter Ware Higgs ( Newcastle, Tyne y Wear, 29 de mayo de 1929), es un físico británico conocido por su proposición en losaños 60 de la ruptura de la simetría en la teoría electrodébil, explicando el origen de la masa de las partículas elementales en general, y de los bosones W y Z en particular.

Este llamado mecanismo de Higgs predice la existencia de una nueva partícula, el bosón de Higgs (que a menudo se describe como "la partícula más codiciada de la física moderna").

El 4 de julio de 2012, la Organización Europea para la Investigación Nuclear (CERN) hizo público el descubrimiento de una nueva partícula subatómica que confirma con más de un 99% de probabilidad la existencia del bosón de Higgs, conocido popularmente como la «partícula de Dios», un hallazgo fundamental para explicar por qué existe la materia tal y como la conocemos. ATLAS, uno de los dos experimentos del CERN que busca el bosón de Higgs, ha confirmado la observación de una nueva partícula, con un nivel de confianza estadística de 5 sigma (superior al 99,99994%), en la región de masas de alrededor de 125 GeV. Esta medición implica que la probabilidad de error es de una en tres millones, una cifra que oficialmente es suficiente para dar por confirmado un descubrimiento.

Peter Higgs fue galardonado con varios premios en reconocimiento a su trabajo, incluyendo la Medalla Hughes de la Real Sociedad en 1981; la Medalla Rutherford del Institute of Physics en 1984; la Medalla y Premio Paul Dirac del Institute of Physicsen 1997, por sus contribuciones sobresalientes en el campo de la física teórica; el premio a la física de alta energía y física de partículas de la Sociedad Europea de Física en 1997; el Premio Wolf en Física en 2004; el premio Oskar Klein Memorial Lecturede la Real Academia Sueca de Ciencias en 2009; el Premio J. J. Sakurai de física teórica de partículas de la Sociedad Americana de Física en 2010; una medalla única a Higgs de la Real Sociedad de Edimburgo en 2012, entre otros.1 El descubrimiento delbosón de Higgs llevó al físico Stephen Hawking a señalar en el año 2012 su opinión de que Higgs debería recibir el premio Nobelde Física por su trabajo.2

En 2013, Peter Higgs recibió el premio internacional Nonino Man of Our Time,1 y el Premio Príncipe de Asturias de Investigación Científica y Técnica junto a François Englert y el CERN. En ese mismo año, fue galardonado con el premio Nobel de Física, también junto a François Englert, «por el descubrimiento teórico de un mecanismo que contribuye a nuestra comprensión del origen de la masa de las partículas subatómicas, y que recientemente fue confirmado a través del descubrimiento de la partícula fundamental prevista, por los experimentos ATLAS y CMS en el gran colisionador de hadrones del CERN».3

Índice

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1 Biografía y educación

2 Trabajos teóricos en física

3 Impacto en la comunidad científica

4 Véase también

5 Referencias

6 Enlaces externos

Biografía y educación[editar]

Higgs nació en Newcastle upon Tyne. Su padre era un ingeniero de sonido que trabajaba en la BBC. Debido a que Peter padecía un asma infantil, y en parte también al trabajo de su padre, se mudaron a varios lugares. Más tarde, a causa de la Segunda Guerra Mundial, experimentó nuevos cambios de residencia y, como consecuencia, Higgs perdió bastantes clases de la enseñanza básica, teniendo por ello mucha formación en su casa. Cuando su padre fue destinado a Bedford, Higgs se quedó con su madre en Bristol, ciudad en la que se asistió a la Escuela de Gramática, donde fue inspirado por el trabajo de uno de los alumnos de la escuela, Paul Dirac, padre de la mecánica cuánticamoderna.

A la edad de 17 años, Higgs se cambió a la City of London School, donde se especializó en matemáticas; después prosiguió sus estudios en el King's College de Londres donde se graduó en Físicas con el mejor expediente y, con posterioridad, realizó un curso de posgrado y un doctorado. Llegó a ser Colaborador de investigación Senior en laUniversidad de Edimburgo; después tuvo varios puestos en la University College London y el Imperial College London antes de ser catedrático en matemáticas en el University College London. Volvió a la Universidad de Edimburgo en 1960 a tomar posesión del puesto de catedrático en física teórica, permitiéndole establecerse en la ciudad en donde se enamoró siendo todavía un estudiante.

Trabajos teóricos en física[editar]

Fue en Edimburgo cuando se interesó por la masa, desarrollando la idea de que las partículas no tenían masa cuando el universo comenzó, adquiriendo la misma una fracción de segundo después, como resultado de la interacción con un campo teórico, ahora conocido como el campo de Higgs. Higgs postuló que este campo permea todo el espacio, dando a todas las partículas subatómicas que interactúan con él su masa.

Mientras que el campo de Higgs se postula como el que confiere la masa a los quarks y leptones, representa sólo una diminuta porción de la masa de las otras partículas subatómicas, como protones y neutrones. En ellos, los gluones, que ligan los quarks, confieren la mayoría de la masa de la partícula.

La base original del trabajo de Higgs proviene del teórico estadounidense nacido en Japón Yoichiro Nambu, de la Universidad de Chicago. Nambu propuso una teoría conocida

como «ruptura espontánea de simetría electrodébil», basada en lo que se sabe que sucede en la superconductividad de la materia condensada. Sin embargo, la teoría predijo partículas sin masa (el teorema de Goldstone) cuyos resultados no fueron observados claramente en los experimentos.

Higgs escribió un artículo corto que se las arreglaba para eludir el teorema de Goldstone y que se publicó en Physics Letters, una revista europea editada en el CERN en 1964.

Posteriormente, Higgs escribió un segundo artículo, describiendo un modelo teórico (el mecanismo de Higgs), pero fue rechazado (los editores adujeron que «no tenía relevancia obvia para la Física»). Higgs escribió un párrafo extra y mandó su artículo a Physical Review Letters, una revista americana en donde el artículo acabó siendo publicado ese mismo año. Dos físicos belgas, Robert Brout y François Englert de la Universidad Libre de Bruselas, habían alcanzado la misma conclusión de forma independiente, y el físico norteamericano Philip Warren Anderson había cuestionado también el teorema de Goldstone.

Higgs ha afirmado que no le agrada que a la partícula que lleva su nombre se la conozca también como la «partícula de Dios», ya que no es creyente aunque considera que ciencia y religión pueden ser compatibles.4 Este sobrenombre del bosón de Higgs se atribuye habitualmente a Leon Lederman, pero realmente es el resultado de una mala edición de las publicaciones de Lederman, ya que originalmente quiso llamarla La maldita partícula (The goddamn particle) por su dificultad en ser detectada.

En 1980 se creó una cátedra con su nombre en física teórica. Llegó a ser miembro de la Royal Society en 1983 y miembro del Institute of Physics en 1991. Se retiró en 1996 siendo profesor emérito en la Universidad de Edimburgo.

Impacto en la comunidad científica[editar]

El mismo día que el CERN publicó los resultados del hallazgo (4 de julio de 2012), el astrofísico británico Stephen Hawking consideró que Peter Higgs debería ganar el Premio Nobel de Física tras la comprobación de su teoría sobre el bosón que lleva su nombre.

«Indican de manera contundente que hemos descubierto el bosón de Higgs», dijo Hawking en declaraciones a la BBC. «Es un resultado muy importante y Peter Higgs se merece el Nobel por este motivo», aseguró el autor de Breve historia del tiempo.

«Sin embargo, hasta cierto punto para mí es una lástima que este gran avance en Física se haya logrado con experimentos que han dado resultados que no me esperaba», añadió Hawking. «Por este motivo, yo hice una apuesta con el físico Gordon Kane, de la Universidad de Míchigan, a favor de que la partícula de Higgs no se encontraría. Pero parece ser que he perdido 100 dólares», confesó el astrofísico, mientras mostraba una amplia sonrisa que trasmitía su satisfacción al perder dicha apuesta.

Por su parte, el presidente del Instituto de Física (IOP) del Reino Unido, Peter Knight, señaló que «el descubrimiento del bosón de Higgs es tan importante para la física como el descubrimiento del ADN lo fue para biología». Además, señaló que este hallazgo establece el marco para «una nueva aventura en el esfuerzo por comprender la estructura del Universo».

Para el científico, esta noticia es «un logro notable. Quince años de colaboración internacional y de trabajo duro en la construcción del gran colisionador de hadrones (LHC) ha dado sus frutos», declaró.

Del mismo modo, indicó que «anuncio asegura que el Modelo Estándar es correcto y ahora se podrá empezar a explorar hasta donde lleva esta partícula y profundizar más en el Modelo Estándar»