Celebrando el décimo aniversario del descubrimiento del bosón de Higgs.

    La física de partículas, también conocida como física de altas energías, es una rama de la física que estudia la naturaleza de las partículas subatómicas que constituyen la materia. Más allá de las partículas que componen el átomo como los neutrones y los protones, existen unas partículas conocidas como partículas elementales (elementales porque se cree que no tienen estructura interna). Estas son excitaciones de los campos cuánticos que también gobiernan su interacción. Las partículas se clasifican en quarks, leptones y bosones, y con nombres aún más extraños como up, charm, muon, tau, photon, gluon y Higgs. Forman la actual teoría dominante de la física de partículas conocida como el Modelo Estándar. Si algunos de estos nombres parecen una locura, esto es solo el comienzo, y si desea obtener más información al respecto, con gratitud compartiré algunos artículos y al final de la publicación.

    El Modelo Estándar es como la tabla periódica de la física de partículas. Clasifica todas las partículas elementales conocidas, así como tres de las cuatro fuerzas fundamentales conocidas (electromagnética, débil y fuerte) del universo. Es un área de investigación relativamente nueva que comenzó en la segunda mitad del siglo XX y la formulación actual se finalizó a mediados de la década de 1970 con la confirmación de la existencia de los quarks y más tarde en 2012 con el descubrimiento del bosón de Higgs.

El Modelo Estandar de la Fisica de particulas.

    De todas las partículas elementales, las partículas más interesantes para mí son las partículas bosónicas. Nombrado en honor a Satyendra Nath Bose, un físico y matemático indio que, junto con Albert Einstein, desarrolló la teoría que caracteriza tales partículas (estadística de Bose-Einstein). Un bosón es una partícula subatómica cuyo número cuántico de espín tiene un valor entero (0, 1, 2, …). Algunos bosones son partículas elementales, otros actúan como portadores de fuerza y uno en particular da lugar al fenómeno de la masa. Algunas propiedades interesantes como la superfluidez o la superconductividad se atribuyen a los bosones compuestos.

    Se ha formulado la hipótesis de que el bosón con espín 2 llamado gravitón es el portador de la fuerza de la gravedad, pero todos los intentos de incorporar la gravedad en el modelo estándar han fracasado. Los bosones con un valor de espín de 1 se conocen como bosones vectoriales. Estos actúan como portadores de fuerza y sus nombres y símbolos son fotones (γ), gluones (g), bosones débiles neutros (Z) y bosones débiles cargados (W±). El bosón con espín 0 se llama bosón de Higgs. La partícula que da lugar al fenómeno de la masa a través del mecanismo de Higgs. Es muy inestable y se descompone en otras partículas casi inmediatamente.

    En 1964, Robert Brout, François Englert, Peter Higgs, Gerald Guralnik, Richard Hagen y Tom Kibble escribieron diferentes artículos sobre la ruptura de la simetría desde diferentes enfoques para explicar cómo podría surgir la masa en las teorías de campo local de gauge. Esto es lo que se llama el mecanismo de Higgs y la predicción del campo de Higgs y el bosón de Higgs (llamado así por Peter Higgs) resultaron como consecuencia de este mecanismo. Estos forman el elemento clave de la teoría electrodébil que forma parte del Modelo Estándar de física de partículas y de muchos modelos, como la Gran Teoría Unificada.

    Tras su propuesta se inició la búsqueda de la partícula. Prueba de la existencia o no existencia de esta partícula significó la verificación definitiva del Modelo Estándar. A pesar de su importancia, la búsqueda y la prueba fueron extremadamente difíciles y tomaron décadas, porque la producción directa, detección y verificación del bosón de Higgs en la escala necesaria para confirmar el descubrimiento y aprender sus propiedades requirió un gran proyecto experimental y enormes recursos informáticos. Por esta razón la mayoría de los experimentos hasta alrededor de 2011 tenían como objetivo excluir rangos de masas que el higgs no pudo tener. Finalmente la búsqueda condujo a la construcción del gran colisionador de hadrones (LHC) en Ginebra, Suiza. El acelerador de partículas más grande del mundo, diseñado especialmente para esta y otras pruebas de alta energía del Modelo Estándar.

El 4 de julio de 2012, los dos experimentos principales del LHC (ATLAS y CMS) informaron de forma independiente de la existencia confirmada de una partícula previamente desconocida con una masa de aproximadamente 125 GeV/c² (alrededor de 133 masas de protones, del orden de 10⁻²⁵ kg), que es "consistente con el bosón de Higgs" y se cree ampliamente que es el bosón de Higgs. Después de unos meses y análisis de datos en marzo de 2013, se confirmó oficialmente la existencia del bosón de Higgs. Había terminado una búsqueda de 40 años de la partícula y Peter Higgs y François Englert recibieron el premio nobel de física.

Francois Englert and Peter Higgs en la ceremonia de los premios Nobel en Estocolmo, Suiza.

Recuerdo claramente que recientemente había decidido estudiar física cuando escuche sobre este descubrimiento y mi corazón se llenó de emoción al ver que todavía quedan muchas cosas por descubrir en este campo y que tal vez algún yo pueda contribuir en algo así como muchos lo han hecho.

Hoy, la comunidad científica conmemora los 10 años de su descubrimiento con discusiones, simposios y muchos comentarios en Twitter, pero mucha gente se pregunta, ¿qué sigue? Todavía hay muchas preguntas sin respuesta en el campo de la física de partículas y el LHC ha estado en mantenimiento durante algunos años. La buena noticia es que, después de tres años de mantenimiento, se espera que el LHC vuelva a funcionar el 5 de julio. Funcionará las 24 horas del día durante los próximos cuatro años con una energía sin precedentes de 13,6 teraelectronvoltios (TeV).

    Esta será la tercera carrera del LHC y su objetivo es mejorar nuestro conocimiento de los principios científicos fundamentales. “El descubrimiento de una nueva partícula es trascendental, pero es parte del proceso gradual de adquirir conocimiento. Comprender por qué el bosón de Higgs se comporta de la forma en que lo hace es la parte más importante del proceso”.

Si quieres aprender más puedes obtener información de los siguientes vínculos.

https://atlas.cern/Discover/Physics/Higgs

https://en.wikipedia.org/wiki/Search_for_the_Higgs_boson

https://en.wikipedia.org/wiki/Higgs_boson

https://www.dw.com/en/ten-years-since-higgs-boson-whats-next/a-62353123

https://www.space.com/higgs-boson-discovery-10th-anniversary

https://www.nature.com/articles/d41586-022-01834-5

Y twitter con los hashtags #LHCRun3, #Higgs10, #Higgsboson

Palabras de Búsqueda:

Partículas subatómicas, partículas elementales, quarks, leptones, bosones, campos cuánticos, modelo estándar, bosones, fermiones, estadísticas de Bose Einstein, superconductividad, superfluidez, fuerza de color, cromodinámica cuántica, fuerza electrodébil, campo, bosón vectorial, bosones escalares, electronvoltio, Robert Brout, François Englert, Peter Higgs, Gerald Guralnik, Richard Hagen, Tom Kibble. teoría de los campos de gauge.