Este mes marca el décimo aniversario del descubrimiento del bosón de Higgs , un verdadero “Santo Grial” de la ciencia que había eludido la detección durante casi 50 años. Pero, ¿qué es exactamente esta partícula y por qué es tan importante? ¿Qué nos ha enseñado en la década desde su descubrimiento y, lo que es más importante, qué podría enseñarnos en la próxima década?
El modelo estándar de física de partículas predice que el universo está compuesto por 12 partículas de materia elemental, cuatro portadores de fuerza y una partícula final que lo mantiene todo unido: el bosón de Higgs. Durante mucho tiempo, el Higgs fue la última pieza que faltaba en el rompecabezas, lo cual era un problema porque sin él, el resto de la imagen no tenía sentido.
Predecirlo era una cosa, pero encontrarlo era otra. El modelo indicó que el bosón de Higgs se descompondría en otras partículas casi instantáneamente, dando a los científicos una ventana muy pequeña para observarlo. Para empeorar las cosas, la masa de la partícula podría oscilar entre 10 y 1000 gigaelectronvoltios (GeV). Como tal, la búsqueda se consideró imposible durante décadas.
El descubrimiento
No fue hasta la década de 1980 que la tecnología finalmente se puso al día. Los físicos se dieron cuenta de que los bosones de Higgs se podían crear al hacer chocar partículas a altas velocidades y, aunque se desvanecerían rápidamente, su firma podría detectarse al observar las partículas resultantes en busca de aquellas en las que el Higgs podría desintegrarse.
Incluso con una serie de colisionadores de partículas funcionando a una potencia cada vez mayor, el bosón de Higgs aún evadió la detección durante las próximas décadas. Sin embargo, no fue un fracaso total: cada resultado nulo ayudó a reducir el rango de masas posibles, de modo que durante los primeros años del Gran Colisionador de Hadrones (LHC) del CERN se redujo a entre 115 y 130 GeV.
La atención se centró particularmente en torno a 125 GeV, donde los equipos del LHC habían notado un exceso de eventos consistentes con el bosón de Higgs. El CERN esperaba que los datos ” daran una respuesta definitiva ” a finales de 2012, lo que confirmaría la existencia o la inexistencia del bosón de Higgs, de una vez por todas.
Y efectivamente, el 4 de julio de 2012, los físicos de partículas anunciaron el descubrimiento histórico del bosón de Higgs. Los datos de dos equipos independientes del CERN, ATLAS y CMS, convergieron en la misma conclusión: encontraron una nueva partícula con una masa de alrededor de 125,3 GeV y varias otras propiedades similares a las de Higgs.
Otros experimentos confirmaron que era el bosón de Higgs largamente buscado, lo que le valió a Peter Higgs y François Englert el Premio Nobel de Física 2013 por el descubrimiento teórico original.
Tan emocionante como fue el anuncio en ese momento, a menudo se informa que el bosón de Higgs se ha vuelto bastante “aburrido” desde entonces, ya que no ha revelado ninguna nueva física salvaje. Entonces, ¿qué ha estado haciendo en la década desde su descubrimiento?
La década desde
Durante los primeros años, los científicos examinaron la nueva partícula para comprobar si tenía todas las propiedades predichas por el Modelo Estándar. Su espín, por ejemplo, debía ser cero, y la forma en que se acoplaba a las partículas debía ser el espejo exacto de la forma en que se acoplaba a las antipartículas. Ambos resultaron ser tal como esperaba la modelo.
Los experimentos del LHC también confirmaron una de las principales predicciones del bosón de Higgs: que las otras partículas del modelo estándar ganan masa al interactuar con el campo de Higgs. Eso, a su vez, confirma el papel del Higgs en algunas de las fuerzas fundamentales; por ejemplo, si el bosón de Higgs no existiera, necesitaríamos una nueva explicación para cosas como la reacción de fusión nuclear que alimenta al Sol.
Durante la ejecución 2 del LHC, se produjeron alrededor de ocho millones de bosones de Higgs, y los equipos de ATLAS y CMS publicaron recientemente nuevos estudios basados en esos datos. Eso incluye con qué frecuencia se produce a partir de diferentes procesos, en qué otras partículas se descompone y con qué frecuencia, y qué tan fuertes son sus interacciones con otras partículas. En casi todos los experimentos que los científicos realizaron, el Higgs se ajustó a las predicciones del modelo estándar.
La década por venir
A pesar de su acuerdo bastante notable con el modelo estándar hasta el momento, estudiar el bosón de Higgs con más detalle podría ser nuestro boleto para desentrañar la física que se encuentra más allá de este marco.
Tome la materia oscura, por ejemplo. La evidencia sugiere que esta sustancia misteriosa impregna el universo y mantiene juntas estructuras como galaxias y cúmulos con su fuerte influencia gravitacional. Hasta ahora ha eludido la detección directa a través de experimentos, principalmente porque la materia oscura rara vez interactúa con la materia regular, pero existe la posibilidad de que el bosón de Higgs interactúe con la materia oscura de una manera que finalmente pueda atraerlo hacia la luz.
Otro extraño enigma sugerido por las nuevas medidas del Higgs es que el universo puede no ser tan estable como parece. Podría existir actualmente en lo que se llama un estado de falso vacío, pero en cualquier momento el universo, o gran parte de él, podría colapsar repentinamente en un verdadero estado de vacío. Eso podría borrar por completo toda la materia, o si tenemos suerte, podría reescribir las leyes de la naturaleza.
El hecho de que el universo todavía exista sugiere que es más estable de lo que sugieren nuestros modelos, gracias a otras fuerzas desconocidas en juego. El bosón de Higgs podría ayudarnos a descubrir esas fuerzas.
También podría proporcionar nuevas pistas sobre otro misterio de larga data sobre por qué el cosmos no se destruyó a sí mismo hace mucho tiempo. Nuestros modelos actuales sugieren que el Big Bang debería haber producido materia y antimateria en cantidades iguales, pero si ese fuera el caso, todo habría colisionado y aniquilado todo hace miles de millones de años. Obviamente, eso no sucedió, lo que indica que, por alguna razón desconocida, se creó una fracción más de materia que de antimateria. El Higgs podría ayudarnos a descubrir qué inclinó la balanza a nuestro favor.
Las respuestas a estas profundas preguntas podrían estar a la vuelta de la esquina. El LHC se encendió por tercera vez a principios de julio, con energías más altas que nunca. Y en 2029, la instalación comenzará una nueva vida como LHC de alta luminosidad (HL-LHC), después de una importante actualización tecnológica que profundizará más que nunca en la física. El bosón de Higgs será una figura central en esos experimentos.
Fuente:
Irving, M. (2022i, julio 15). A brief history of the Higgs boson, the Holy Grail of physics. New Atlas. Recuperado 18 de julio de 2022, de https://newatlas.com/physics/higgs-boson-explainer-primer-10th-anniversary/