Por Brian Dodson
Traducido por Alejandro Ramos de la Peña
El reciente descubrimiento en el Gran Colisionador de Hadrones (LHC) de la Organización Europea de Investigación Nuclear (CERN) de una partícula masiva «compatible con» las propiedades predichas del bosón de Higgs llegó a los medios con la fuerza de un huracán. Pero la frase «compatible con» sugiere que la observación del CERN también puede ser «compatible con» otros tipos de partículas. ¿Es o no es así? Vamos a tratar de aclarar la situación para usted.
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Antes de empezar, vamos a deshacernos de una idea generalizada lanzada por los medios de comunicación. El bosón de Higgs es a menudo llamada la partícula de Dios (pero nunca por los científicos). La razón de ese apodo es que Leon Lederman, Director Emérito de Fermilab y ganador del Premio Nobel, escribió un libro popular sobre el bosón de Higgs. Quería llamar el libro » The Goddamn Particle » debido a la dificultad y el costo de encontrar el bosón de Higgs, pero el editor consideró que las ventas podrían ser bajas por el título. El editor le sugirió «The God Particle» como una alternativa, a la que finalmente accedió Lederman. El nombre es por tanto una respuesta a una broma de mal gusto, en lugar de una indicación de la espiritualidad o del origen divino de la partícula.
Vale la pena revisar alguna información básica. Hay cuatro fuerzas conocidas en la naturaleza, dos de ellas (la gravedad y el electromagnetismo) que se pueden experimentar directamente. Cuando usted se levanta de una silla lucha contra la fuerza de gravedad, y cuando se arrastran los pies en la alfombra y se toca la perilla de una puerta, la pequeña chispa que surge es conducida por la fuerza electromagnética.
Las otras son las fuerzas nucleares fuerte y débil. La fuerza fuerte mantiene unidos los núcleos de los átomos, así como a los quarks dentro de los protones y los neutrones. Si fuera ligeramente menor en fuerza, no habría átomos estables, con excepción de hidrógeno.
Por último, la fuerza nuclear débil es en gran parte lo que hace a la física de partículas interesante. Esto es debido a que sólo la fuerza débil puede cambiar un up quark en un down quark y viceversa. Los quarks son las partículas que componen los protones y neutrones, un protón es la combinación de dos quarks up y un quark down, mientras que un neutrón está formado por un quark up y dos quarks down. En la desintegración de un neutrón en un protón se cambia de quarks down hacia up, lo que requiere que una interacción débil suceda.
Sin la fuerza débil, el tipo de la fusión del hidrógeno que alimenta al Sol sería imposible cuando se fusionan cuatro átomos de hidrógeno para obtener un núcleo de helio-4, dos de los átomos de hidrógeno debe convertirse en neutrones. Esto no ocurrirá sin la fuerza débil.
El Modelo Estándar predice que el bosón de Higgs es la última partícula elemental en espera de ser descubierta. Bajo esto, todas las partículas ganan masa a través de su interacción con el campo uniforme de de Higgs, que existe en todo el universo. Esta es el más simple, pero no el único abordaje para explicar por qué las partículas, los reyes y las coles tienen masa. Si usted puede encontrar el bosón de Higgs, el campo de Higgs también existe. Pero si la nueva partícula descubierta en el CERN no es el bosón de Higgs, esto podría ser el primer indicio sólido de que el Modelo Estándar está equivocado.
Lo que sabemos
¿Qué han descubierto los experimentos del CERN? Bueno, para empezar, una nueva partícula con una masa de alrededor de 125 GeV. Esta masa puede estimarse a partir de las trayectorias de los productos de desintegración. Un peso de alrededor de 133 veces la masa de un protón, la nueva partícula se encuentra entre las partículas más grandes hasta ahora detectadas. Sólo el quark top es más pesado, a unos 170 GeV. Entre las partículas que se pueden aislar, los bosones W y Z (los portadores de la fuerza nuclear débil) son los más pesados a 80-90 GeV.
Con el fin de apreciar el resultado del CERN, es importante entender lo que significa el término «giro». El espín es una propiedad mecánica cuántica relacionada con el momento angular, que también obedece a las propiedades y las reglas que parecen muy extrañas en comparación con nuestra experiencia de los objetos que giran. Afortunadamente, todo lo que necesita saber aquí es que la mecánica cuántica predice (y la observación confirma) que el giro viene en múltiplos enteros de la mitad de una magnitud fundamental. Por lo tanto, todas las partículas tienen spin semientero (… -3 / 2, -1 / 2, 1/2, 3/2 …) o spin entero (… -2, -1, 0, 1, 2 …). Las partículas de espín Semientero se llaman fermiones, y las partículas de espín integrales se llaman bosones, por razones que no necesitan referirse a nosotros aquí.
Se observó que la nueva partícula del CERN al decaer genera un par de fotones (rayos gamma). Como los fotones tienen un giro de uno, la partícula de la cual se emiten debe tener spin-0 (1-1), o spin -2 (1+ 1). Los experimentos muestran que la nueva partícula tiene spin entero, por lo que es un bosón. Es bastante improbable que partículas con Spin- 2 sean hechas en un colisionador, por lo que la nueva partícula es probablemente (pero no necesariamente) una partícula con spin-0.
En resumen, los datos nos dice que la nueva partícula pesa alrededor de 125 GeV, tiene un giro de 0 a 2, y no es sólida de acuerdo con los modos de desintegración previstos para el estándar de Higgs del modelo. Los investigadores del CERN describen las propiedades de la nueva partícula como «compatible con» el bosón de Higgs. Sin embargo, si la actual distribución de probabilidades modo de decaimiento sobrevive a las mejores estadísticas que resultan de la acumulación de más datos, el modelo estándar del bosón de Higgs está en un poco de problemas, como es el Modelo Estándar de sí mismo.
¿Es o no es?
Volviendo a la pregunta original, es o no es? Si se encuentra que la nueva partícula tiene paridad impar, o si las discrepancias en el modo de decaimiento sobreviven, no es probable que la nueva partícula sea el bosón de Higgs del Modelo Estándar. En realidad, esto sería muy emocionante, ya que podría ser el primer golpe en el Modelo Estándar que nos llevaría hacia un nuevo nivel de comprensión del universo. Las respuestas a las preguntas se harán más claras a medida que más datos se recogan en los próximos años.
Imagen y Texto obtenido de:
http://www.gizmag.com/higgs-boson-cern-alternative-particle/23319/
