El Bosón de Higgs

En vista de que a uno que otro cientifico, visita este blog y ha comentado que no les interesan los pormenores del caso Kalimba, me di a la tarea de localizar algún tema digno de que pueda ser comentado por ese segmento, que se siente segregado de la conversación, amigos disfruten:

El bosón de Higgs es una partícula elemental hipotética masiva cuya existencia es predicha por el modelo estándar de la física de partículas. 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. Hasta la fecha, la acumulación de los datos empíricos analizados y publicados no es suficiente para confirmar directamente la existencia del bosón de Higgs, no obstante, se trata de la única partícula elemental del modelo estándar que no ha sido observada experimentalmente.

2010 APS J.J. Sakurai Premio – Kibble, Guralnik, Hagen, Englert, Brout
El mecanismo de Higgs, lo que da masa al vector bosón, fue teorizado en 1964 por Peter Higgs, François Englert y Robert Brout (quienes trabajaban en las ideas de Philip Anderson), e independientemente por G. S. Guralnik, C. R. Hagen y T. W. B. Kibble.1 Higgs -en un comentario añadido a una carta dirigida a la Physical Review- propuso que la existencia de una partícula escalar masiva podría ser una prueba de la teoría.2 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.

Vision Teorica 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 corresponde 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.

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 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, desde 450 GeV a 2.23 TeV. Pero fue apagado para realizar ajustes y el 30 de marzo, volvió a ser encendido, aunque a potencia de 7 TeV. Eso si, no será hasta 2016 cuando funcione a pleno rendimiento.
La búsqueda del bosón de Higgs es también el objetivo de ciertos experimentos del Tevatrón en el Fermilab.

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. 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:
Technicolor6 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

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 confirmarse 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 bosón de Higgs.

Fuente: Wikipedia