EL BOSÓN DE HIGGS & EL CAMPO DE HIGGS

Muchas preguntas han surgido en la física de partículas sobre la existencia de las diferentes masas de las partículas. El bosón de Higgs es una de las partículas más significativas del Modelo Estándar de Partículas, ya que, explica de manera simple y elegante el mecanismo de cómo unas partículas son más pesadas que otras. Era tanta la importancia de comprobar su existencia que, construyeron un gigantesco acelerador de partículas para corroborar su existencia o desechar la idea.

De acuerdo a la historia del universo, las partículas interactuaron con el campo de Higgs solo 10˄-12 (0.00000000001) segundos después del Big Bang. Antes de esta fase de transición, ninguna partícula tenía masa y todas viajaban a la velocidad de la luz. Después de que el universo se expandiera y enfriara, las partículas interactuaron con el campo de Higgs, y esta interacción les dio masa. El mecanismo Brout-Englert-Higgs implica que los valores de las masas de partículas elementales están vinculadas a la fuerza con la que cada partícula se acopla al campo de Higgs. Estos valores no son predichos por las teorías actuales. Sin embargo, una vez se mide la masa de una partícula, se puede determinar su interacción con el bosón de Higgs.

¿Cómo funciona?

El mecanismo de Higgs, el cual consiste en el campo de Higgs y su correspondiente bosón de Higgs, da masa a las partículas elementales. Por “masa” nos referimos a la masa inercial, es decir, la masa que resiste cuando intentamos acelerar un objeto, en lugar de la masa gravitacional, que es sensible a la gravedad. En la famosa fórmula de Einstein, E = mc˄2, la “m” es la masa inercial de la partícula. En cierto modo, esta masa es la cantidad esencial, que determina si hay una partícula en lugar de nada.

Mediante el campo de Higgs, podemos entender cómo las partículas obtienen su masa. Para tener una idea de cómo funciona este campo, imaginemos que estamos con una persona famosa, Trump, dando un paseo, y de repente, empiezan a acercarse docenas de personas, dificultándole el paso a Trump, mientras que nosotros podemos seguir nuestro camino sin problemas. Trump, en este sentido, adquiriría más masa y caminaría más lentamente, mientras que nosotros seguiríamos estando ligeros, y caminando más rápidamente. Como un Quark Up con 2.2 MeV, y un electrón con 0.511 MeV, el quark Up interactúa más con el bosón de higgs, con relación al electrón.

En pocas palabras, entre más pesada la partícula, más interactúa con el Bosón de Higgs. Si la partícula es de poca masa o sin masa, quiere decir que no interactúa tanto con el Bosón de Higgs. La interacción con el Bosón de Higgs es lo que determina la masa de cada partícula.

Sin embargo, ¿cuál es la diferencia entre un campo de Higgs y el bosón de Higgs? Como un vaso de agua y una molécula de agua, el campo de Higgs es un medio compuesto de millones de bosones de Higgs indistinguibles, y el bosón vendría a ser la pequeña molécula, por así decirlo, que en grandes cantidades crea el campo de Higgs.

El Mecanismo Higgs

El mecanismo Higgs juega un papel fundamental dentro de la teoría Electrodébil, la cual unifica la fuerza nuclear débil y el electromagnetismo. El mecanismo Higgs nos ofrece una explicación del por qué algunos bosones (partículas portadoras de fuerza) de la fuerza nuclear débil, es decir, las partículas W y Z, son pesadas, mientras que el bosón del electromagnetismo, el fotón, no tiene masa. Antes de la formulación de este mecanismo, no se sabía cómo formular una teoría de campo relativista consistente con una simetría local que pudiera contener bosones masivos y bosones sin masa.

¿Cómo producir un Bosón de Higgs?

La siguiente imagen representa una de las 4 maneras en las que es posible producir un Bosón de Higgs, mediante el Gran Colisionador de Hadrones. Dos protones colisionan emitiendo cada uno un Bosón W. Ambos bosones W colisionan produciendo un bosón de Higgs, que a su vez, se descompone en dos bosones Z, cada uno de los cuales se descompone en un electrón y un positrón, o un muón y un antimuón.

El Descubrimiento de la Década

El 4 de julio de 2012, los experimentos de ATLAS y CMS en el Gran Colisionador de Hadrones del CERN, anunciaron que habían observado una nueva partícula con una masa de aproximadamente 125 GeV. Esta partícula es consistente con el bosón de Higgs, aunque se necesitarán más estudios para determinar más detalladamente la naturaleza de la misma. El bosón de Higgs, como se propone dentro del Modelo Estándar, es la manifestación más simple del mecanismo Brout-Englert-Higgs. Otros tipos de bosones de Higgs son predichos por otras teorías que van más allá del Modelo Estándar.

El 8 de octubre de 2013, el Premio Nobel de física fue otorgado conjuntamente a François Englert y Peter Higgs, "por el descubrimiento teórico de un mecanismo que contribuye a nuestra comprensión del origen de la masa de partículas subatómicas, y que recientemente se confirmó mediante el descubrimiento de partícula fundamental predicha, por los experimentos ATLAS y CMS en el Gran Colisionador de Hadrones del CERN".

Para más información ver: EL MODELO ESTÁNDAR DE LA FÍSICA DE PARTÍCULAS