Bosón de Higgs

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El bosón de Higgs es una partícula
elemental hipotética masiva cuya existencia es predicha por el modelo
estándar de la física de
partículas. Es la única partícula del modelo estándar que no ha sido
observada hasta el momento, pero desempeña un papel importante en la explicación
del origen de la masa
de otras partículas elementales, en particular la diferencia entre el fotón (sin masa) y
los bosones W y Z
(relativamente pesados). Las partículas elementales con masa y la diferencia
entre la interacción electromagnética (causada por los fotones) y la fuerza débil (causada por
los bosones W y Z) son críticos en muchos aspectos de la estructura microscópica
(y así macroscópica) de la materia. Con esto, si la partícula existe, el bosón
de Higgs tendría un enorme efecto en la física y el mundo de hoy.

Una simulación del detector CMS del Gran
Colisionador de Hadrones, mostrando como se prevé que sean las trazas del
Bosón de Higgs.

Hasta la fecha, ningún experimento ha detectado directamente la existencia
del bosón de Higgs. El mecanismo de Higgs,
lo que da masa al vector bosón, fue teorizado en 1964 por Peter Higgs, François Englert y Robert
Brout que trabajaban en las ideas de Philip Anderson,
e independientemente por G.
S. Guralnik,C. R. Hagen y T.
W. B. Kibble.[1]
Higgs propuso que la existencia de una partícula escalar masiva podría ser una
prueba de la teoría, un comentario añadido a una carta a Physical Review[2]
en la que sugirió en la referencia.[3]
Steven Weinberg y Abdus
Salam fueron los primeros en aplicar el mecanismo de Higgs a la ruptura
espontánea de simetría electrodébil. La teoría electrodébil predice una
partícula neutra cuya masa no sea muy lejana de la de los bosones W y Z.

Contenido

1 Visión teórica
general

2 Investigación
experimental

3 Alternativas al mecanismo
de Higgs para la ruptura espontánea de simetría electrodébil

4 En la ficción

5 Lecturas
relacionadas

6 Véase también

7 Referencias

8 Enlaces externos

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Visión teórica
general

La partícula llamada bosón de Higgs es un cuanto de uno de los componentes
del campo de Higgs. En un
espacio vacío, el campo de Higgs adquiere un valor esperado de vacío (VEV)
diferente de cero que permanece constante en el tiempo y en todo lugar del
universo. El VEV de un campo de Higgs es constante e igual a 246 GeV. La
existencia de un VEV no nulo tiene una importancia fundamental: da una masa a
cada partícula elemental, incluyendo al mismo bosón de Higgs. En particular, la
adquisición espontánea de un VEV diferente de cero rompe la simetría gaugiana
electrodébil, un fenómeno conocido como el mecanismo de Higgs.
Este es el simple mecanismo capaz de dar masa a un bosón de gauge que es
también compatible con la Teoría de
campo de gauge.

En el modelo estándar, un
campo de Higgs consiste en dos campos neutrales y dos cargados. Los dos
componentes cargados y uno del neutro son bosones
de Goldstone, que no tienen masa y se convierten, respectivamente, en los
componentes longitudinales de tercera-polarización de los bosones
W y Z (masivos). Lo cuántico de los restantes componentes neutrales
corresponden a los bosones masivos de Higgs. Un campo de Higgs es un campo
escalar, el bosón de Higgs tiene un espín cero y no tiene momento angular
intrínseco. El bosón de Higgs es también su propia antipartícula y tiene
simetría CPT.

El modelo estándar no predice el valor de la masa del bosón de Higgs. Si la
masa de este bosón es entre 115 y 180 GeV, entonces el modelo estándar
puede ser válido a todas las escalas energéticas hasta la escala de Planck
(1016 TeV). Muchas teorías están a la
expectativa de una nueva física más allá del modelo estándar que podría surgir a
escalas de TeV, basadas en las carencias del modelo estándar. La escala más alta
posible de masa permitida en el bosón de Higgs (o en alguna ruptura
espontánea de simetría electrodébil) es de un TeV; tras ese punto el modelo
estándar se vuelve inconsistente sin un mecanismo de ese tipo porque la unicidad es
violada en ciertos procesos de dispersión. Muchos modelos de supersimetría
predicen que el bosón de Higgs tendrá una masa sólo ligeramente por encima de
los actuales límites experimentales, a unos 120 GeV o menos.

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Investigación
experimental

Hasta la fecha, el bosón de Higgs no ha sido observado experimentalmente, a
pesar de los esfuerzos de los grandes laboratorios de investigación como el CERN o
el Fermilab.
La no observación de pruebas claras permite estimar un valor mínimo experimental
de masa 114.4 GeV para el bosón de Higgs del
modelo estándar, con un nivel de confianza del 95%[4]
. Un pequeño número de eventos no concluyentes han sido registrados
experimentalmente en el colisionador LEP en el CERN. Éstos han podido ser
interpretados como resultados de los bosones de Higgs, pero la evidencia no es
concluyente.[5]
Se espera que el Gran
Colisionador de Hadrones, ya construido en el CERN, pueda confirmar o
desmentir la existencia de este bosón. El fascinante anillo de 27 km de
circunferencia (llamado Large Hadron Collider) fue encendido el 10 de
septiembre de 2008, como estaba previsto, pero un fallo en el sistema de
enfriamiento que debe mantener los imanes a una temperatura aproximada de
-271,3 °C detuvo el experimento, hasta el 20 de noviembre del 2009, dia en
el que volvió a ser encendido. Eso si, no será hasta 2010 cuando funcione a
pleno rendimiento.

La búsqueda del bosón de Higgs es también el objetivo de ciertos experimentos
del Tevatrón
en el Fermilab.

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Alternativas
al mecanismo de Higgs para la ruptura espontánea de simetría
electrodébil

Desde los años en los que fue propuesto el bosón de Higgs, han existido
muchos mecanismos alternativos al mecanismo propuesto por Higgs. Todas las otras
alternativas usan una dinámica que interactúa fuertemente para producir un valor
esperado del vacío que rompa la simetría electrodébil. Una lista parcial de esos
mecanismos alternativos es:

Technicolor[6] es la clase de modelo que intenta
imitar la dinámica de la fuerza fuerte como
camino para romper la simetría electrodébil.

El modelo de Abbott-Farhi de composición de los bosones de vectores W y
Z.[7]

Condensado
quark arriba

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En la ficción

Hay que mencionar que los bosones de Higgs se denominan a veces, en algunos
artículos populares, como las 'Partículas de Dios' o 'Partículas Divinas' a raíz
del título de un libro no científico (libro de divulgación científica) escrito
por Leon Lederman, laureado
con el Nobel en 1988. Esta forma de nombrarlo está muchas veces envuelta con
propiedades fantasiosas. En la teoría actual de la partícula sólo se desconoce
el valor exacto de su masa (y está por confirmar su existencia).

En la película Solaris de Andréi Tarkovski
basándose en la novela homónima del
literato polaco Stanisław Lem, se teoriza
que los "visitantes" puedan estar formados por bosones de Higgs, manipulados por
la mente alienígena del océano planetario. Esto explicaría parte de las extrañas
capacidades de transmutación, teletransporte, replicación y empatía de aquellos
entes. La potencialidad de transcender la mortalidad humana (más patente en el
remake cinematográfico
protagonizado por George Clooney y Natascha McElhone)
podría estar asociada con la denominación de estos bosones como "partículas de
Dios". La novela hace otras alusiones a diversas teorías y leyes
matemático-físicas, como la ley de los
grandes números.

En la película Ángeles y
demonios, basada en el libro del mismo nombre (del autor Dan Brown),
se menciona al bosón de higgs como "la Partícula de Dios", relacionada al
proceso de producción de la antimateria.

En el libro de ciencia ficción FlashForward,
escrita por Robert J. Sawyer
(1999), dos científicos desatan una catástrofe a nivel mundial mientras tratan
de encontrar el esquivo Boson de Higgs.

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Lecturas
relacionadas

Y Nambu; G
Jona-Lasinio (1961) «Dynamical
Model of Elementary Particles Based on an Analogy with
Superconductivity» I Phys. Rev.. Vol.
122. pp. 345-358.

J Goldstone, A Salam and S
Weinberg (1962) «Broken
Symmetries» Physical Review. Vol.
127. pp. 965.

P W Anderson (1963) «Plasmons, Gauge Invariance, and Mass» Physical
Review. Vol. 130. pp. 439.

A Klein and B W Lee (1964) «Does Spontaneous Breakdown of Symmetry Imply Zero-Mass
Particles?» Physical Review Letters. Vol.
12. pp. 266.

F Englert and R
Brout (1964) «Broken Symmetry
and the Mass of Gauge Vector Mesons» Physical Review
Letters. Vol. 13. pp. 321.

Peter Higgs (1964) «Broken Symmetries, Massless Particles and Gauge
Fields» Physics Letters. Vol.
12. pp. 132.

Peter Higgs (1964) «Broken Symmetries and the Masses of Gauge
Bosons» Physical Review Letters. Vol.
13. pp. 508.

G S Guralnik, C R Hagen and T W B
Kibble (1964) «Global
Conservation Laws and Massless Particles» Physical Review
Letters. Vol. 13. pp. 585.

W Gilbert (1964) «Broken Symmetries and Massless Particles» Physical
Review Letters. Vol. 12. pp. 713.

Peter Higgs (1966) «Spontaneous Symmetry Breakdown without Massless
Bosons» Physical Review. Vol.
145. pp. 1156.

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Véase también

Física de
Partículas

Bosón

Campo de Higgs

Interacción Yukawa

Superfuerza

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Referencias

↑ Global Conservation Laws and Massless Particles

↑ Broken Symmetries and the Masses of Gauge Bosons

↑ P. Higgs
(2001), review lecture "My life as a Boson".

↑ «Tevatron collider yields new results on subatomic matter,
forces».

↑ Searches for Higgs Bosons (pdf), from W.-M. Yao et al. (2006) «Review of
Particle Physics» J Phys. G. Vol.
33. pp. 1.

↑ S. Dimopoulos and L.
Susskind (1979) «Mass Without
Scalars» Nucl.Phys.B. Vol. 155. pp. 237-252.

↑ L. F. Abbott and E. Farhi (1981) «Are the
Weak Interactions Strong?» Phys.Lett.B. Vol.
101. pp. 69.

The LEP Electroweak Working Group

Particle Data Group: Review of searches for Higgs bosons

The God Particle: If the Universe Is the Answer, What Is the
Question?, by Leon Lederman, Dick Teresi, hardcover ISBN
0-395-55849-2, paperback ISBN
0-385-31211-3, Houghton Mifflin Co; (January 1993)

Fermilab Results Change Estimated Mass Of Postulated Higgs
boson

Higgs boson on the horizon

Signs of mass-giving particle get stronger

Higgs boson: One page explanation:

In 1993, the UK Science Minister, William Waldegrave, Baron Waldegrave
of North Hill|William Waldegrave, challenged physicists to produce an answer
that would fit on one page to the question "What is the Higgs boson, and why
do we want to find it?"

Higgs
mechanism/boson simple explanation via cartoon

Higgs physics at the LHC

Quark experiment predicts heavier Higgs

The God Particle and the Grid by Richard Martin

The Higgs boson by the CERN exploratorium

BBC Radio 4: In Our Time " Higgs Boson - the search for the
God particle"

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Enlaces externos

Artículo divulgativo sobre la naturaleza del Bosón de Higgs

'The
Grid' Could Soon Make the Internet Obsolete

At
Fermilab, the Race Is on for the 'God Particle'

Grupo de
datos de partículas

The Atom Smashers a blog about the making of a documentary
about the search for the Higgs boson

Obtenido de "http://es.wikipedia.org/wiki/BosÃ³n_de_Higgs"

Categorías:
Bosones |
Partículas
elementales hipotéticas

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