Conozca la importancia del descubrimiento de la ´Partícula de Dios´
Fuente: AFP
El
descubrimiento de esta partícula subatómica, conocida también como
bosón de Higgs, es la principal razón de la formación de todo lo
existente.
Bosón de Higgs: qué es y por qué es tan importante
Guía para entender la importancia de la partícula que explicaría el origen de la masa
El bosón de Higgs es un tipo de partícula elemental que se cree tiene un papel fundamental en el mecanismo por el que se origina la masa en el Universo.
La confirmación o refutación de su existencia 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 el Laboratorio Europeo de Física de Partículas (CERN) en la frontera franco-suiza, cerca de Ginebra.
Es la única partícula predicha por el
Modelo Estándar de Física de Partículas que aún no ha sido descubierta.
El modelo estándar describe perfectamente las partículas elementales y
sus interacciones, pero queda una parte importante por confirmar,
precisamente la que da respuesta al origen de la masa. Sin masa,
el Universo sería un lugar muy diferente. Si el electrón no tuviera masa
no habría átomos, con lo cual no existiría la materia como la
conocemos, por lo que tampoco habría química, ni biología ni
existiríamos nosotros mismos.
Para explicar esto, varios físicos, entre ellos el británico Peter Higgs, postularon 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 del campo electromagnético y 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 «fricción» con el campo de Higgs, por lo que las partículas que tienen una fricción mayor con este campo tienen una masa mayor.
Las partículas subatómicas se dividen en dos tipos: fermiones y bosones. Los fermiones son partículas que componen la materia, y los bosones
portan las fuerzas o interacciones. Los componentes del átomo
(electrones, protones y neutrones) son fermiones, mientras que el fotón,
el gluón y los bosones W y Z, responsables respectivamente de las
fuerzas electromagnética, nuclear fuerte y nuclear débil, son bosones.
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
familiares. Lo que se pueden ver son sus «huellas», esas otras
partículas que podrán ser detectadas en el LHC. En el interior del
anillo del acelerador colisionan protones entre sí a una velocidad
cercana a la de la luz. Cuando se producen las colisiones en puntos
estratégicos donde están situados grandes detectores, la energía del
movimiento se libera y queda disponible para que se generen otras
partículas. Cuanto mayor sea la energía de las partículas que chocan más
masa podrán tener las resultantes, según la famosa ecuación de Einstein
E2.
Debido a que la teoría no establece su masa sino
un amplio rango de valores posibles, se requieren aceleradores muy
potentes para explorar este nuevo territorio de la Física. El LHC es la
culminación de una «escalada energética» dirigida a descubrir el bosón de Higgs
en los aceleradores de partículas. Cuando alcance su máxima potencia en
el 2014, el LHC colisionará protones a una energía cercana a 14
teraelectronvoltios (TeV). Actualmente, funciona a algo más de la mitad,
8 TeV. En cualquier caso, si existe, la partícula de Higgs se producirá en el LHC.
En Física de Partículas el concepto de
observación se define estadísicamente en términos de desviaciones
estándar o «sigmas», que indican la probabilidad de que un resultado
experimental se deba a la casualidad en vez de ser un efecto real. Para
conseguir una mayor significación estadística, y por tanto aumentar las
probabilidades de observación, los experimentos necesitan analizar
muchos datos. El LHC genera unos 300 millones de colisiones por segundo,
por lo que la cantidad de datos a analizar es ingente. Se mide en femtobarns
inversos, unidad que da idea de la cantidad de colisiones que se
produce en un acelerador de partículas por unidad de área y tiempo
(luminosidad).
Si una medida tiene cinco sigmas de nivel de
certeza se habla de «observacón». Para alcanzar cinco sigmas tendríamos
que sacar cara más de 20 veces seguidas, una probabilidad menor de
0,00006 %. Para estar seguros de que una observación corresponde a un bosón de Higgs
del Modelo Estándar y no a otra partícula diferente, será necesario
estudiar en detalle y con más datos las propiedades de la nueva
partícula. En concreto, si la forma en que se produce y se desintegra
está de acuerdo con lo predicho por la teoría o no, lo cual sería aún
más interesante.
Búsquedas directas realizadas en anteriores
aceleradores de partículas como el LEP del CERN y Tevatron, del
Laboratorio Fermi de los Estados Unidos, establecieron que la masa del bosón de Higgs
debe ser superior a los 114 GeV (gigaelectronvoltios; 1
gigaelectronvoltio equivale aproximaamente a la masa de un protón).
Otras evidencias indirectas observadas en procesos físicos que
involucran al bosón de Higgs descartaron una masa superior a 158 GeV.
Resultados sobre la búsqueda del bosón de Higgs en el LHC se presentaron en el CERN en diciembre del 2011, obtenidos a partir de cinco femtobarn
inversos de datos recopilados desde el 2010. Estos resultados mostraron
que el rango de masas más probable está entre los 116 y los 130 GeV
(gigaelectronvoltios), según el experimento ATLAS, y entre 115 y 127
GeV, según el experimento CMS. Lo más interesante es que los dos grandes
experimentos del LHC vieron indicios de su presencia en la región
comprendida entre los 124 y los 126 GeV.
Si se confirma su existencia sería el comienzo de una nueva fase en la Física
de Partículas. Marcaría el camino en la investigación de otros muchos
fenómenos físicos como la naturaleza de la materia oscura, un
tipo de materia que compone el 23% del Universo pero cuyas propiedades
son completamente desconocidas. Este es otro reto para la disciplina y
experimentos como el LHC.
No descubrir el bosón de Higgs en los
parámetros establecidos en el Modelo Estándar obligará a formular otra
teoría para explicar cómo las partículas obtienen su masa, lo que
requerirá nuevos experimentos que confirmen o desmientan esta nueva
teoría. Así es como funciona la ciencia.
La tecnología desarrollada en los aceleradores de
partículas tiene beneficios indirectos para la Medicina, la
Informática, la industria o el medio ambiente. Los imanes
superconductores que se usan para acelerar las partículas han sido
fundamentales para desarrollar técnicas de diagnóstico por imagen como
la resonancia magnética. Los detectores usados para identiicar las
partículas son la base de los PET, la tomografía por emisión de
positrones (antipartícula del electrón). Y cada vez más centros médicos
utilizan haces de partículas como terapia contra el cáncer.
La World Wide Web (WWW), el lenguaje en el que se
basa Internet, fue creado en el CERN por Tim Berners-Lee para compartir
información entre científicos ubicados alrededor del mundo, y las
grandes cantidades de datos que producen los aceleradores de partículas
motivan el desarrollo de una red de computación global distribuida
llamada GRID.
Los haces de partículas producidos en
aceleradores tipo sincrotrón o las fuentes de espalación de neutrones,
instrumentos creados por los físicos para comprobar la naturaleza de la
materia, tienen aplicaciones industriales en la determinación de las
propiedades de nuevos materiales, así como para caracterizar estructuras
biológicas o nuevos fármacos. Otras aplicaciones de la Física de
Partículas son la fabricación de paneles solares, esterilización de
recipientes para alimentos o reutilización de residuos nucleares, entre
otros muchos campos.
CUESTIONARIO
1. ¿Qué es el bosón de Higgs?
2. ¿Por qué es tan importante el bosón de Higgs?
3. ¿Cómo funciona el mecanismo de Higgs?
4. ¿Qué es un bosón?
5. ¿Cómo se puede detectar el bosón de Higgs?
6. ¿Cuándo se sabrá si se ha encontrado el bosón de Higgs?
7. ¿Qué sabemos hasta el momento del bosón de Higgs?
8. ¿Qué pasa si se descubre el bosón de Higgs?
9. ¿Qué pasa si no se descubre el bosón de Higgs?
10. Mencione los beneficios para la sociedad de la física de partículas
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