lunes, 30 de julio de 2012
Proceso de confirmación de la detección del bosón de Higgs
Según diferentes especialistas, parece que en el mejor de los casos la confirmación de que la partícula detectada en el LHC no llegará hasta finales de año o hasta el próximo verano, cuando los datos obtenidos hayan sido procesadas y estudiadas.
Sin embargo, otros expertos son menos optimistas y no confían en que el hallazgo sea realmente este bosón, ya que consideran que sólo es algo compatible y que serán necesarios muchos años aún para confirmarlo.
Esta web, aunque muy técnica, recoge muchas de estas opiniones. Se puede echar un vistazo a algunos de los comentarios.
jueves, 5 de julio de 2012
Detectan el bosón de Higgs
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descubierto la llamada partícula de Dios, el bosón de Higgs, trabajando con el LHC (Large Hadron Collider).
Pero, què es eso de un bosón, y qué importancia tiene este en concreto?
Hagamos un poco de repaso de física de partículas.
Modelo Estándar
Durante el siglo XX se desarrolló de forma teórica el llamado Modelo Estándar que pretendía describir toda la física de la materia y la energía a cualquier escala (subatómica y supragalàctica), describiendo las cuatro fuerzas fundamentales (gravitacional, electromagnética, interacción nuclear fuerte e interacción nuclear débil) y sus interacciones a lo largo de la historia del Universo. Este modelo preveía la existencia de una serie de partículas llamadas elementales de las cuales, en un comienzo de la teoría, ya se conocían algunas como el electrón y el fotón, entre otros. Los experimentos que se fueron haciendo a posteriori fueron descubriendo y confirmando las partículas que se habían teorizado.
Una de las más importantes y más difíciles de descubrir era, precisamente, el bosón de Higgs (H), postulado por Peter Higgs y otros físicos en el año 1964. De hecho es la única partícula elemental del Modelo Estándar que aún no había podido ser detectada (cabe decir que también queda por descubrir el gravitón, responsable de los campos gravitatorios, pero este tema va asociado a la difícil unificación entre la Teoría de la Relatividad y la Mecánica Cuántica).
¿Porque era difícil de descubrir?
La dificultad radicaba en dos aspectos: (1) la alta energía que había que aplicar al experimento para conseguir generar la partícula y (2) el ínfimo tiempo de vida de ésta que no facilitaba su detección.
La primera cuestión suponía avanzar en el estado de la técnica para alcanzar unos aceleradores de partículas que permitieran obtener muy altas energías. Esto se ha logrado con el LHC, colisionador que hasta hace pocos años no ha podido ser desarrollado y que, en parte, se construyó con el objetivo de encontrar esta partícula, además de otras pretensiones, como la generación de microagujeros negros (de eso ya hablaremos otro día).
En cuanto a la insignificante vida del bosón y su indetectabilidad, se puede deducir su existencia por las partículas en las que se desintegra en cascada inmediatamente después de crearse, ya que éstas perduran más y pueden ser detectadas. Cada partícula desintegrada da lugar a una huella de decaimiento específica, por lo que puede ser identificada.
¿De dónde viene el nombre "Partícula de Dios?"
Es un tema más o menos anecdótico.
El premio Nobel Leo Lederman publicó, hacia los años 90, un texto de divulgación sobre la física y llamaba a esta partícula "the Goddamn Particle", es decir, la partícula puñetera, por su dificultad en dejarse descubrir.
El editor del libro, sin embargo, decidió cambiar el nombre por el de "The God Particle" y así se transmitió definitivamente.
De todos modos, dejando de lado los aspectos curiosos de la denominación, bien puede entenderse como un paso muy importante en la comprensión del Universo, como veremos más adelante; un paso divino?
Pero, ¿qué son las partículas elementales?
El átomo lo conocemos como un núcleo formado por protones y neutrones orbitado por electrones. Se denominan partículas subatómicas. El electrón es una partícula que no se puede dividir en otras ni está formada por otras. Se trata, pues, de una partícula elemental. En cambio el protón y el neutrón están formados por otras partículas, los quarks, que, éstos sí, son elementales.
Siguiendo esta concepción, hay más partículas elementales con masa, hechas de materia (o antimateria). Todas ellas se llaman fermiones y como ejemplo tenemos el electrón, los quarks y los neutrinos, entre otras.
Por otra parte, estos fermiones deben mantenerse unidos o interaccionar entre ellos a través de las cuatro fuerzas fundamentales anteriormente enunciadas. De ello se encargan unos tipos de partículas sin masa (realmente no es así, ya que las de la interacción débil sí tienen, y de explicarlo se encarga precisamente el bosón de Higgs), llamadas bosones, de las cuales la más conocida es el fotón, responsable de transmitir el electromagnetismo. Otros bosones son los gluones y el gravitón, encargado del campo gravitatorio. El bosón de Higgs es, pues, una de estas partículas sin masa capaz de explicar la existencia y comportamiento de otras.
¿Para qué sirve el bosón de Higgs?
Básicamente explica por qué los fermiones tienen masa y por qué existen diferencias tan grandes entre ellos. Por ejemplo, comparando el electrón con los quarks (hay varios), estos últimos muestran masas 650 a 350.000 veces más grandes.
Específicamente, el bosón de Higgs es parte inseparable del llamado campo de Higgs. Para que nos hagamos una idea, el campo de Higgs viene a ser como el campo gravitatorio, que está por todas partes, llena todo el Universo y, poco o mucho, nos afecta siempre (pesamos, nos caen los objetos, el agua dentro de un vaso que no derrama, la órbita de la Tierra alrededor del Sol, la forma de las galaxias, la energía necesaria para enviar un cohete al espacio ...). Y la partícula que lo hace posible es el gravitón.
De manera análoga, el campo de Higgs necesita una partícula que le dé razón de ser: el bosón de Higgs.
Lo que dice la teoría sobre el campo de Higgs es que la diferencia de masa entre partículas viene dada por cómo interactúa el campo de Higgs con cada partícula, de manera que cuando mayor es esta interacción, más pesada es la partícula.
Como ejemplo, para entenderlo, supongamos que queremos hacer buñuelos de viento. Cogemos una bolita de masa de buñuelo y la ponemos en una sartén con no demasiado aceite caliente, de manera que el aceite apenas llegue a la mitad del buñuelo, dejando el resto sin que le toque el aceite. Al lado tenemos una freidora llena de aceite caliente donde sumergimos completamente otra bolita de buñuelo. Al cabo de un tiempo los dos buñuelos se habrán hecho, pero el segundo se habrá hinchado mucho más que el primero ya que el aceite interaccionaba con toda la masa, mientras que en la sartén el contacto era menor. Así se puede representar la interacción entre el campo de Higgs (aceite caliente) a través de su portador, el bosón de Higgs, y la materia (partículas elementales con masa; los buñuelos).
¿Cómo se ha conseguido detectarla?
El primer punto ha sido disponer de un acelerador que permitiera obtener las altas energías de colisión que se necesitaban, de 126 GeV (esto es mucho para una partícula): El LHC del CERN.
Y después, una vez detectada, poder repetir el resultado al menos 20 veces seguidas; es decir, la probabilidad de que esto ocurra es menor del 0,00006%.
Pues todo esto se ha conseguido.
¿Por qué es tan importante?
Porque si no se hubiera podido detectar, básicamente habría que replantearse el Modelo Estándar, con lo que el conocimiento actual y predicho del Universo a todas las escalas debería ser revisado y, aunque existen alternativas, ninguna está tan desarrollada , es tan coherente e, incluso, tan elegante, como este Modelo.
Además, a pesar del buen camino del Modelo Estándar, éste sólo es capaz de describir el 4% del Universo, es decir, lo que es compuesto por materia "convencional" visible, mientras que el 96% restante está formado por las desconocidas energía (73%) y materia oscuras (23%), y el bosón de Higgs permitirá empezar a conocer la naturaleza de éstas.
Puede parecer que un 4% de conocimiento de lo que nos rodea es una nimiedad pero, con toda humildad, ¿qué % de todo el Universo somos nosotros?
De todos modos, sea un descubrimiento confirmado o no, lo que está claro es que, si no ahora, en breve se encontrará. El LHC sólo tiene un año de vida útil.
Aspectos finales
Se debe terminar de analizar los datos para dar un veredicto definitivo.
Sobre las fuerzas de la naturaleza, la materia y antimateria, la energía y la materia oscuras, los agujeros negros ... hablaremos más adelante.
Por cierto, la Wikipedia en castellano y en inglés ya mostraban actualizadas, el mismo día del descubrimiento, sus páginas dedicadas al bosón de Higgs.
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