Bosón de Higgs

El bosón de Higgs (o partícula de Higgs) es una partícula del Modelo Estándar de la física. En la década de 1960, Peter Higgs fue el primero en sugerir que esta partícula podría existir. El 14 de marzo de 2013, los científicos del CERN confirmaron provisionalmente que habían encontrado una partícula de Higgs.

La partícula de Higgs es una de las 17 partículas del Modelo Estándar, el modelo de física que describe todas las partículas básicas conocidas. La partícula de Higgs es un bosón. Se cree que los bosones son partículas responsables de todas las fuerzas físicas. Otros bosones conocidos son el fotón, los bosones W y Z y el gluón. Los científicos aún no saben cómo combinar la gravedad con el Modelo Estándar.

El campo de Higgs es un campo fundamental de importancia crucial para la teoría de la física de partículas. A diferencia de otros campos conocidos, como el electromagnético, el campo de Higgs toma el mismo valor distinto de cero en casi todas partes. La cuestión de la existencia del campo de Higgs era la última parte no verificada del Modelo Estándar de la física de partículas y, según algunos, era "el problema central de la física de partículas".

Es difícil detectar el bosón de Higgs. El bosón de Higgs es muy masivo en comparación con otras partículas, por lo que no dura mucho tiempo. Normalmente no hay bosones de Higgs porque se necesita mucha energía para crear uno. El Gran Colisionador de Hadrones del CERN se construyó principalmente por esta razón. Acelera dos racimos de partículas hasta casi la velocidad de la luz (que viajan en direcciones opuestas), antes de ponerlas en camino para que colisionen entre sí.

Cada colisión produce una ráfaga de nuevas partículas que son detectadas por los detectores alrededor del punto donde colisionan. La probabilidad de que aparezca y se detecte un bosón de Higgs es muy pequeña, una entre 10.000 millones. Para encontrar las pocas colisiones con indicios del bosón de Higgs, el LHC hace chocar trillones de partículas y los superordenadores examinan una enorme cantidad de datos.

Los bosones de Higgs obedecen la ley de conservación de la energía, que establece que no se crea ni se destruye energía, sino que puede transferirse o cambiar de forma. En primer lugar, la energía comienza en el bosón gauge que interactúa con el campo de Higgs. Esta energía está en forma de energía cinética como movimiento. Después de que el bosón gauge interactúa con el campo de Higgs, se ralentiza. Esta ralentización reduce la cantidad de energía cinética del bosón de Higgs. Sin embargo, esta energía no se destruye. Por el contrario, la energía del movimiento entra en el campo y se convierte en masa-energía, que es la energía almacenada en la masa. La masa creada puede convertirse en lo que llamamos bosón de Higgs. La cantidad de masa creada proviene de la famosa ecuación de Einstein E=mc 2, que establece que la masa es igual a una gran cantidad de energía (por ejemplo, 1 kg de masa equivale a casi 90 cuatrillones de julios de energía, la misma cantidad de energía utilizada por todo el mundo en aproximadamente una hora y cuarto en 2008). Dado que la cantidad de masa-energía creada por el campo de Higgs es igual a la cantidad de energía cinética que el bosón gauge perdió al frenarse, la energía se conserva.

Los bosones de Higgs se utilizan en diversas historias de ciencia ficción. El físico Leon Lederman lo llamó la "partícula de Dios" en 1993.

Una imagen generada por ordenador de una interacción de HiggsZoom
Una imagen generada por ordenador de una interacción de Higgs

Descubrimiento

El 12 de diciembre de 2011, los dos equipos del Gran Colisionador de Hadrones que buscan el bosón de Higgs, ATLAS y CMS, anunciaron que finalmente habían visto resultados que podrían sugerir que el bosón de Higgs existía; sin embargo, no sabían con certeza si esto era cierto.

El 4 de julio de 2012, los equipos del Gran Colisionador de Hadrones declararon haber descubierto una partícula que creen que es el bosón de Higgs.

El 14 de marzo de 2013 los equipos habían hecho muchas más pruebas y anunciaron que ahora creen que la nueva partícula es un bosón de Higgs.

Preguntas y respuestas

P: ¿Qué es el bosón de Higgs?


R: El bosón de Higgs es una partícula del Modelo Estándar de la física. Fue sugerida por primera vez por Peter Higgs en la década de 1960 y los científicos del CERN confirmaron su existencia el 14 de marzo de 2013. Es una de las 17 partículas del Modelo Estándar y es un bosón, que se cree es responsable de las fuerzas físicas.

P: ¿Cómo funciona el campo de Higgs?


R: El campo de Higgs es un campo fundamental que toma un valor distinto de cero en casi todas partes. Era la última parte no verificada del Modelo Estándar y su existencia se consideraba "el problema central de la física de partículas". Cuando los bosones gauge interactúan con él, se ralentizan y su energía cinética pasa a crear masa-energía, que se convierte en lo que llamamos bosón de Higgs. Este proceso obedece a la ley de conservación de la energía, según la cual no se crea ni se destruye energía, sino que puede transferirse o cambiar de forma.

P: ¿Por qué es difícil detectar el bosón de Higgs?


R: El bosón de Higgs tiene una masa muy grande en comparación con otras partículas, por lo que no dura mucho tiempo. Normalmente no hay ninguno a su alrededor porque se necesita mucha energía para crear uno. Para encontrarlos, los científicos utilizan superordenadores que criban enormes cantidades de datos procedentes de billones de colisiones de partículas en el Gran Colisionador de Hadrones (LHC) del CERN. Incluso así, sólo hay una pequeña posibilidad (una entre 10.000 millones) de que aparezcan pruebas de un bosón de Higgs y sean detectadas.

P: ¿Qué otros bosones conocidos existen?


R: Otros bosones conocidos son los fotones, los bosones W y Z y los gluones.

P: ¿Cómo se relaciona la ecuación de Einstein E=mc2 con la creación de masa-energía a partir de energía cinética?


R: La famosa ecuación de Einstein establece que la masa equivale a una cantidad extremadamente grande de energía (por ejemplo 1 kg = 90 cuatrillones de julios). Cuando la energía cinética de los bosones gauge que interactúan con el campo de Higgs se ralentiza, esta misma cantidad de energía cinética pasa a crear masa-energía que se convierte en lo que llamamos Bosón de Higgs - conservando así la energía total según las leyes de conservación.

P: ¿Qué papel desempeñan las historias de ciencia ficción en la comprensión del funcionamiento de los bosones de Higgs?


R: Las historias de ciencia ficción a menudo incluyen a los bosones de Higgs como parte de su argumento, pero estas historias no proporcionan necesariamente información científica precisa sobre su funcionamiento, ¡tienen más fines de entretenimiento que otra cosa!

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