Latest Posts:

Mostrando las entradas con la etiqueta LHC. Mostrar todas las entradas
Mostrando las entradas con la etiqueta LHC. Mostrar todas las entradas

5 de julio de 2012

Peter Higgs: 'Nunca pensé que esto ocurriría estando yo con vida' (informe completo)

Pero antes de leer el post queremos preguntarle... ¡sabe usted lo que es el bosón de Higgs? Sin no lo sabe vea el siguiente video: 


Y esta es la conferencia de prensa del día de ayer donde el CERN anuncia haber descubierto el bosón de Higgs. Véalo:

 

"Sorprendido". Así describe su estado de ánimo el hombre de momento, Peter Higgs. "Nunca pensé que esto ocurriría estando yo con vida". Nada le hacía presagiar hace cerca de 50 años que este momento llegaría tan pronto, "sobre todo porque al principio no sabíamos qué teníamos que buscar. Estoy sorprendido de que haya llegado tan rápido", confiesa.


En 1964, Higgs describió con la sola ayuda de un lápiz y un papel las ecuaciones que predicen la existencia de una partícula nunca vista, pero necesaria para que funcione el Modelo Estándar sobre el que se basa la física actual. Ahora se pregunta: "¿Podríamos decir que es suficiente para la declaración de un descubrimiento?". Parece que ser que sí.


El físico asegura que esta verificación de lo que parece ser la existencia del Bosón de Higgs, "es sólo el comienzo". Apunta a que el hallazgo podría ser "más interesante de lo que aparenta a simple vista".


No obstante, explica que "hay muchas cosas que faltan por medir. Eso será una forma de adentrarnos en la física más allá del modelo estándar y eso será lo verdaderamente importante".
Higgs se muestra emocionado por estar aquí en este momento y confiesa estar impaciente, esperando más noticias sobre ello.


Este miércoles, la Organización Europea para la Investigación Nuclear (CERN) dio a conocer el descubrimiento de una nueva partícula subatómica que confirma con más de un 99% de probabilidad la existencia del Bosón de Higgs (la 'partícula de Dios'), un hallazgo fundamental para explicar por qué existe la materia tal y como la conocemos.


Fuente:


El Mundo Ciencia

4 de julio de 2012

¿Y qué pasa si lo observado por el LHC no es el bosón de Higgs?

El descubrimiento anunciado por el CERN nos permite afirmar que se ha encontrado una partícula, un bosón, con las características esperadas, pero puede ser distinto del bosón de Higgs predicho por el Modelo Estándar. ¿Qué incógnitas quedan por descubrir y cuáles son los siguientes pasos? Los intentos por aclarar sus características pueden conducirnos hacia una nueva Física.


Lo que el CERN ha anunciado este miércoles es una noticia histórica. Las lágrimas del propio Peter Higgs y las ovaciones de los físicos asistentes a la conferencia son más que elocuentes. Pero no se puede decir con rigor que sea el bosón de Higgs. El propio director del CERN, Rolf Heuer, ha sido bastante explícito."Se ha encontrado un bosón tipo Higgs", ha explicado, "pero aún no sabemos si es "EL" bosón de Higgs".

¿Tiene importancia esta discusión? Depende de cómo se mire, pero puede ayudarnos a entender cuáles serán los siguientes pasos a dar en el LHC y qué es lo que hoy se ha descubierto. Pero sobre todo esconde la gran cuestión: si las características de la nueva partícula no se corresponden con las que predice Higgs, estamos ante una puerta a una Física más allá del Modelo Estándar.


Para empezar, la partícula detectada por el CERN responde a las características que concuerdan con el bosón de Higgs, pero para conocer si lo es se deben estudiar sus propiedades. "No se puede decir que es el bosón de Higgs ni muchísimo menos. Que es un bosón, sí", explica el catedrático de Física de la Universidad de Granada Fernando Cornet a lainformacion.com. "Que sea compatible no quiere decir que sea necesariamente el Higgs". Francisco Matorras, investigador del Instituto de Física de Cantabria (IFCA) que participa en el experimento CMS, pone un ejemplo que ha utilizado el propio CERN. "Esto es como ver a una persona de lejos y pensar que has encontrado a un amigo. Lo has reconocido entre la multitud, pero resulta que tu amigo tiene un hermano gemelo. Ya sabemos que no es un desconocido, ni tu tío o tu primo, pero aún no podemos decir cuál de los dos hermanos es". En otras palabras, matiza Cornet, sabemos que es "blanco y en botella", pero no sabemos cómo sabe ni como huele. Tenemos indicios compatibles con que sea leche, pero podría ser horchata.

"Necesitamos más datos", no se ha cansado de decir Fabiola Gianotti, directora del experimento ATLAS. Pero, ¿por qué necesitan más datos para afirmar que es el Higgs, se preguntan algunos, si estos resultados están confirmados al 99,99995% con un sigma 5? Ese 99,99%", aseguran los físicos consultados por lainformacion.com, se refiere a la certidumbre de que lo que se ha encontrado sea una partícula compatible con las características de Higgs y no una fluctuación de fondo. “Como estás buscando el Higgs, crees que es eso”, insiste Matorras, “pero hasta que puedas mirar mejor las propiedades no puedes asegurarlo".

"Lo que hemos visto tiene una significación estadística muy cercana a lo que se llama descubrimiento", indica el investigador español en CMS Javier Cuevas Maestro. "Ahora nos falta conocer el resto de propiedades. Si no es el bosón de Higgs genuino, lo que va a ocurrir es que el Modelo Estándar será correcto al 95% y va a haber que explicar un 5% con un modelo que lo extienda".

¿Qué sabemos del bosón hallado hoy? Sabemos que tiene espín entero (es un bosón), conocemos su masa (los famosos 125 Gigaelectronvoltios) y que se desintegra en algunos canales de una manera compatible con lo que se esperaba en el Modelo Estándar. En los próximos meses se realizaran más análisis en el LHC para conocer sus propiedades y estos nuevos datos pueden apuntar  varias vías que nos separarían de lo que es el bosón de Higgs tal y como estaba predicho en la teoría.
Para sorprender a los científicos podría ocurrir que el bosón encontrado no se desintegre como se espera. En los resultados anunciados hoy el experimento CMS ha encontrado señales claras en dos de los cinco canales principales en los que se desintegra el Higgs (fotón-fotón y ZZ) y ATLAS ha ofrecido resultados solo en esos dos canales. Si dentro de unos meses, cuando se hagan más pruebas, sigue sin aparecer en estos canales, se confirmaría experimentalmente que existe un bosón tipo Higgs pero no sería el del Modelo Estándar y tendría que haber alguna modificación. "Esto", sugiere Cornet, "daría lugar a modelos más complicados".

Una variante de esta anomalía es algo que ya se ha visto hoy, y es que en el canal fotón-fotón y de dos bosones Z la señal aparece con más frecuencia de lo esperado. El número de señales de este tipo en CMS es 1,7 veces por encima de lo esperado, explica Matorras. Y ATLAS presenta  un valor menor pero también por encima. "Esto puede significar que o has hecho mal las cuentas (lo cual es raro)", asegura, "o bien que hay alguna cosilla más". "Si se mantiene esa observación", apunta Cornet, "quiere decir que esa partícula no es el bosón de Higgs, es otra cosa".

Otra posibilidad es que tenga un espín distinto al esperado. Para que todo cuadre, debería tener espín cero (tiene que ver con el modo en que interacciona la partícula). La teoría pide que sea un escalar, espín cero y con paridad positiva, explican los físicos. Si no es así, dice Cornet, "entonces sería una partícula en una teoría absolutamente diferente, donde a lo mejor podría haber un montón de partículas con muchos espines". Esta puerta abriría la posibilidad, como ya ocurrió en su momento con protones y neutrones, de que algunas partículas que consideramos elementales en realidad no lo sean y que la masa se deba a su estructura interna que no conocemos.  

Otra de las propiedades donde se pueden encontrar "sorpresas" es en los modos de producción del Higgs, explica Javier Cuevas Maestro. Si reproducen los modos de producción a la inversa, puede que encuentren cosas que no coincidan. "Si la proporción que se produce no fuese correcta, tendríamos un problema", asegura, "eso querría decir que en ese modo de producción hay acoplamientos del Higgs que no son los esperados en el Modelo Estándar".

Estos nuevos datos son a los que se refiere el físico Peter Higgs cuando afirma, en una entrevista con el CERN (ver vídeo), que lo emocionante es que se abre un camino a una nueva Física más allá del Modelo Estándar. "Lo que se puede descubrir", explica  Cornet, "es que estamos ante un mecanismo de Higgs más complicado, ante formas más complicadas de dar masa a las partículas. O que los cálculos den lugar a un espectro nuevo de partículas".

En cualquier caso, estas incógnitas son las que empezarán a plantearse los físicos a partir de esta semana, pues "la obsesión" hasta el día de hoy era determinar si ésta era o no era la partícula que se buscaba. "Había una posibilidad de que no existiera el Higgs", confiesa Matorras. "Hoy podríamos estar anunciando que no existe el bosón de Higgs en absoluto y que no hubiéramos visto aparecer esas desintegraciones. Al estar excluido en el resto de rango de masas, podríamos haber descartado su existencia". Si hubiera sido así, la Física se habría encontrado ante una especie de callejón sin salida muy interesante. Los nuevos resultados  siguen en la línea esperada pero, como siempre en ciencia, el camino puede estar lleno de sorpresas.

Fuente:

Descubren la 'partícula de Dios' que explica cómo se forma la materia

Especial: Partícula de Dios 

Descubren la 'partícula de Dios' que explica cómo se forma la materia


  • Descubren una nueva partícula 'consistente' con el bosón de Higgs
  • Esta partícula explica cómo la materia obtiene su masa en el Universo
  • El director del CERN califica el hallazgo como un 'hito histórico'
La Organización Europea para la Investigación Nuclear (CERN) acaba de escribir un capítulo crucial en la historia de la Física, al descubrir una nueva partícula subatómica que confirma con más de un 99% de probabilidad la existencia del bosón de Higgs, conocido popularmente como la 'partícula de Dios', un hallazgo fundamental para explicar por qué existe la materia tal y como la conocemos.

Con los resultados presentados hoy, la existencia del bosón de Higgs -la partícula subatómica teorizada por el físico británico Peter Higgs en los años sesenta, y que supone el único ingrediente del Modelo Estándar de la Física que aún no se había demostrado experimentalmente- es prácticamente un hecho.

Si no fuera por el bosón de Higgs, las partículas fundamentales de las que se compone todo, desde un grano de arena hasta las personas, los planetas y las galaxias, viajarían por el Cosmos a la velocidad de la luz, y el Universo no se habría 'coagulado' para formar materia. Por ese motivo, el editor del físico Leon Lederman creyó oportuno cambiar el título de su libro llamado originalmente 'The goddamn particle' ('La puñetera partícula') por el de 'The God particle' (La 'partícula Dios', aunque popularmente se ha traducido como 'la partícula de Dios').

En 1964, Higgs describió con la sola ayuda de un lápiz y un papel las ecuaciones que predicen la existencia de una partícula nunca vista, pero necesaria para que funcione el Modelo Estándar sobre el que se basa la física actual. Es la partícula fundamental de lo que se conoce como el mecanismo de Higgs, una especie de campo invisible presente en todos y cada uno de los rincones del universo y que hace que las partículas inmersas en él tengan masa.

El bosón de Higgs es el componente fundamental de ese campo, de la misma manera que el fotón es el componente fundamental de la luz. Si la 'partícula de Dios' no existiera, tampoco existiría nada material en el Universo.

"Puedo confirmar que se ha descubierto una partícula que es consistente con la teoría del bosón de Higgs", explicó John Womersley, director ejecutivo del Consejo de Tecnología y Ciencia del Reino Unido, durante una presentación del hallazgo en Londres.

Joe Incandela, portavoz de uno de los dos equipos que trabajan en la búsqueda de la partícula de Higgs, aseguró que "se trata de un resultado todavía preliminar, pero creemos que es muy fuerte y muy sólido".

Tras terminar su presentación, el estruendoso aplauso en el auditorio no cesaba a pesar de que Incandela trataba de pedir la palabra para agradecer a toda la organización la colaboración y el ambiente científico donde ha podido desarrollar su investigación.

Nervios y emoción

En el auditorio estaba presente el propio Peter Higgs, con cuyo apellido se bautizó al mítico bosón, quien no pudo contener las lágrimas al escuchar los resultados que han confirmado su teoría. "Sólo quiero dar las gracias a todas las personas que han estado relacionadas con este trabajo. Es lo mas increíble que me ha pasado en toda la vida", aseguró el científico emocionado.

La presentación de estos resultados ha tenido lugar en la Conferencia Internacional de Física de Altas Energías (ICHEP 2012) que se celebra en Melbourne (Australia), donde se están exponiendo los resultados obtenidos por los experimentos ATLAS y CMS del Gran Colisionador de Hadrones (LHC) en 2012. El director del CERN, Rolf Heuer, ha comenzado la conferencia nervioso y ha afirmado que "hoy es un día muy especial en todos los sentidos".

ATLAS, uno de los dos experimentos del CERN que busca el bosón de Higgs, ha confirmado la observación de una nueva partícula a un nivel de 5 sigma (una forma de medir la probabilidad de que los resultados sean ciertos que ronda el 100%). Esta medición implica que la probabilidad de error es de tres en un millón, una cifra que, oficialmente, es suficiente para dar por confirmado un descubrimiento.

"Es dificil no estar emocionado con estos resultados", ha dicho Sergio Bertolucci, director de investigación del CERN. "Con toda la precaución necesaria, me parece que estamos en un punto rompedor".
"Es un hito histórico, pero estamos solo al principio", ha declarado por su parte Heuer, el director del CERN.

Muy cerca del objetivo

Los datos del CERN no son todavía tan concluyentes como para poder afirmar con total certeza que han encontrado la 'particula de Dios', pero están realmente cerca de alcanzar ese objetivo. "Hemos encontrado un nuevo bosón con una masa de 125,3 gigaelectrónvoltios (una medida usada por los fisicos para cuantificar masas muy pequeñas), con un grado de consistencia de 4,9 sigma. Estamos de acuerdo con el modelo estándar en un 95%, pero necesitamos más datos", explicó Icandela.

"Observamos en nuestros datos claros signos de una nueva partícula, con un nivel de confianza estadística de 5 sigma (superior al 99,99994%), en la región de masas de alrededor de 125 gigaelectrónvoltios. El excepcional funcionamiento del LHC y ATLAS, y los enormes esfuerzos de mucha gente, nos han llevado a esta emocionante etapa", asegura la portavoz del experimento ATLAS, Fabiola Gianotti, "pero se necesita un poco más de tiempo para preparar estos resultados para su publicación".

El portavoz del experimento CMS, Joe Incandela, explica: "Los resultados son preliminares, pero la señal de 5 sigma alrededor de 125 gigaelectrónvoltios que estamos viendo es dramática. Es realmente una nueva partícula. Sabemos que debe ser un bosón y es el bosón más pesado jamás encontrado". Para Incandela, "las implicaciones son muy significativas y es precisamente por esta razón por lo que es preciso ser extremadamente diligentes en todos los estudios y comprobaciones".

Gran expectación

El pasado mes de diciembre ya se habló de un posible anuncio del CERN. En aquella ocasión los expertos señalaron que se "había cerrado el cerco" en torno a la partícula, por lo que ya estaban más cerca de encontrarla.

Además, el director general del CERN, Rolf Heuer, señaló la semana pasada que ya podría haber datos "suficientes" para hallar el Bosón de Higgs. En un artículo en 'The Bulletin', Heuer indicó que "hallar el Bosón de Higgs es una posibilidad real y que, a menos de dos semanas para que se celebre la conferencia ICHEP, la noticias de los experimentos se esperado ansiosamente".

A pesar de estas palabras, Heuer ha pedido a la comunidad científica que tenga "un poco más de paciencia". En este sentido, recordó que aunque ATLAS o CMS muestren datos que supongan el descubrimiento de la partícula "siempre se necesita tiempo para saber si es el Bosón de Higgs buscado durante mucho tiempo -el último ingrediente que falta en el Modelo Estándar de física de partículas- o si se trata de una forma más exótica de esta partícula de que podría abrir la puerta a una nueva física".

Nivel de certeza

Los físicos de partículas mantienen un consenso general acerca de lo que se puede considerar un 'descubrimiento': un nivel de certeza de 5 sigmas. La cantidad de sigmas mide la improbabilidad de obtener un resultado experimental fruto de la suerte en lugar de provenir de un efecto real.

Se suele poner como ejemplo el lanzamiento de una moneda al aire y ver cuántas veces sale cara. Por ejemplo, 3 sigmas representarían una desviación de la media equivalente a obtener ocho caras en ocho lanzamientos seguidos. Y 5 sigmas, 20 caras en 20 lanzamientos.

La toma de datos para la ICHEP 2012 concluyó el lunes 18 de junio después de un "exitoso primer periodo" de funcionamiento del LHC durante este año, según ha explicado del CERN. Precisamente, Heuer ha señalado que es el "impresionante trabajo" que ha tenido el LHC en 2012 lo que "ha elevado las expectativas de cara a un descubrimiento".

El equipo de expertos que trabaja para la organización en Ginebra ha diseñado la actividad del LHC para el primer periodo de 2012 de manera que obtuviera la máxima cantidad de datos posibles antes de que se celebrara el ICHEP. De hecho, se han obtenido más datos entre abril y junio de este año que en todo 2011. "La estrategia ha sido un éxito", ha indicado el director general del CERN.

Fuentes:



¿Por qué buscamos el bosón de Higgs?

Especial: Partícula de Dios


¿Por qué buscamos el bosón de Higgs?   

El próximo 4 de julio se espera un importante anuncio por parte del CERN acerca de la búsqueda del bosón de Higgs. Fernando Cornet, catedrático de Física Teórica de la Universidad de Granada, nos ofrece una panorámica del contexto histórico y del camino que se ha recorrido hasta aquí. 

El 13 de diciembre del pasado año se celebró en el Laboratorio Europeo de Física de Partículas (CERN), situado en Ginebra, una sesión científica y posterior rueda de prensa en la que se presentaron a científicos expertos y a toda la sociedad los últimos, y muy esperados, resultados en la búsqueda del bosón de Higgs.  

En aquel momento dos de los más grandes experimentos que se desarrollan en el CERN, llamados ATLAS y CMS, mostraron una pequeña señal que podría indicar la existencia de esta partícula. Sin embargo, la señal era excesivamente pequeña como para ser incontestable, por lo que la búsqueda debía proseguir. Ahora se anuncia para el día 4 de julio una nueva sesión científica y rueda de prensa en la que se mostrará una actualización de los datos con los resultados de la búsqueda realizada a lo largo del 2012. Pero, ¿qué es el bosón de Higgs? y ¿por qué tanto revuelo para anunciar su posible descubrimiento?


Desde la antigüedad el ser humano se ha preguntado de qué está formada la materia que nos rodea y nosotros mismos. La respuesta a esta pregunta ha ido variando a lo largo del tiempo. En el siglo XIX se pensaba que en última instancia toda la materia se reducía a una serie de átomos de diferentes tipos, indivisibles, que se combinaban entre sí para dar lugar a la gran variedad observada a nuestro alrededor.

Posteriormente, a principios del siglo XX, se descubrió que los átomos no eran indivisibles si no que constaban de protones y neutrones, formando los núcleos de los átomos, y electrones dando vueltas alrededor de los núcleos. Actualmente s sabemos que los protones y neutrones tampoco son indivisibles sino que son distintas combinaciones de unas partículas más pequeñas, llamadas quark “arriba”  y “abajo” (up y down en inglés). De esta forma el protón es una combinación de dos quarks de tipo “arriba” y un quark de tipo “abajo”, mientras que el neutrón es una combinación de dos quarks de tipo “abajo” y uno de tipo “arriba”.

Estos quarks, junto con el electrón, son los últimos constituyentes de la materia que hoy en día consideramos como indivisibles. Pero además hay más partículas a las que no les hemos visto ninguna estructura interna, y por lo tanto consideramos como indivisibles. Hay otros cuatro quarks similares a los ya comentados, haciendo un total de seis quarks y, además, hay seis leptones (el electrón es uno de ellos) que también son indivisibles. Muchas de estas partículas tienen una masa mayor que la de los quarks “arriba” y “abajo” y los electrones, lo que hace que sean partículas muy inestables y se desintegren muy rápidamente por lo que aunque se crearon al principio de la historia del universo, poco después de la Gran Explosión (Big Bang), ahora ya no queda ninguna y solo se producen de forma artificial en los aceleradores de partículas y de forma natural en algunos fenómenos de muy alta energía en objetos astronómicos.

Por otra parte, las interacciones entre quarks y leptones se producen mediante el intercambio de nuevas partículas a las que llamamos de forma genérica bosones intermediarios. Tampoco hemos observado ningún tipo de estructura interna de estas partículas, por lo que también se califican como elementales. Las interacciones relevantes entre las partículas elementales son la Fuerte y la Electrodébil (Interacción unificada de lo que antes era la Interacción Electromagnética y la Débil). La Interacción Gravitatoria entre partículas elementales es extremadamente débil y podemos olvidarnos de ella.

Pues bien, cada una de estas interacciones tiene asociado un conjunto de bosones intermediarios. Los gluones están asociados a la Interacción Fuerte y los fotones y las partículas llamadas W y Z a la Electrodébil. De estas partículas, los gluones y los fotones tienen masa nula, pero los W y Z tienen una masa grande y que hemos medido con mucha precisión en los últimos años.

En los párrafos anteriores ha surgido la palabra clave: la masa. La masa es una propiedad básica de todas las partículas elementales. De hecho es la primera propiedad que los físicos intentamos medir y determinar con la máxima precisión posible. Como hemos dicho, sabemos que muchas de esas partículas tienen masa. 

La del electrón, por ejemplo,  la conocemos desde hace más de 100 años. Otras las hemos medido en los últimos 20 años. Sin embargo, la teoría que describe las interacciones de los quarks y los leptones a través de los bosones intermediarios exige, en primera instancia, que todas estas partículas carezcan de masa, en abierta contradicción con múltiples medidas experimentales.

Aquí es donde entra en escena Peter Higgs, un físico escocés que encontró una forma sencilla de dotar de masa a todas estas partículas, lo que hoy conocemos como Mecanismo de Higgs. Una consecuencia ineludible de esta forma de dar masa a las partículas elementales es la existencia de una nueva partícula, desconocida hasta el momento a la que se ha dado en llamar bosón de Higgs. Esta es la partícula que andamos buscando desde hace muchos años, porque es la única partícula del llamado Modelo Estándar que no hemos encontrado experimentalmente hasta el momento. Y sin la existencia de esta partícula no entendemos fácilmente las masas que observamos de todas las partículas.

¿Se han acabado ya los largos años de búsqueda? ¿Tenemos ya una clara evidencia de la existencia del bosón de Higgs? Una primera respuesta a estas preguntas la podemos tener el próximo día 4 de julio. De todas formas, y como siempre ocurre en ciencia, nuevas preguntas surgirán. Pero esperemos a ver los resultados que se anunciarán en Ginebra y disfrutemos de ellos antes de empezar a plantearnos nuevas preguntas.
   
Fernando Cornet es catedrático de Física Teórica del Centro Andaluz de Física de Partículas (CAFPE), Universidad de Granada.

Fuente:

La Información Ciencia

Lea también:

El bosón de Higgs explicado a mi abuela

29 de junio de 2012

Una revisión informal de la historia de la partícula de Higgs



Mucha gente dice que mi blog es muy técnico y difícil de entender. La verdad es que para mí no es fácil utilizar un lenguaje sin jerga. Esta entrada es informal y muchos físicos me tirarán de las orejas, pero así es como le conté a un buen amigo, periodista, hace solo unos días, la historia del Higgs. Lo dicho, quizás os guste o quizás no.

El problema original que resolvió Higgs es teórico, buscar los límites de un teorema matemático que entonces conocían (y preocupaba a) muy pocas personas en todo el mundo, el teorema de Nambu-Goldstone. El teorema predecía que el universo estaba plagado de partículas sin masa que nadie había observado. Si así fuera, no existiríamos, pero como existimos, tenía que haber una puerta trasera para salir del entuerto. Planteado alrededor de 1960, la solución se obtuvo en 1964 (por los pocos a los que preocupaba resolver esta tontería, ex-alumnos de Nambu y Goldstone, obviamente).

Como resultado de la solución tenía que existir una partícula (la de Higgs), pero no importaba que nadie la hubiera observado porque su masa era arbitraria y por tanto podía ser tan grande que no afectase en nada en absoluto a toda la física conocida entonces. Problema resuelto, todos nosotros podíamos existir (bueno, ya existíamos, pero me entendéis…)

Para qué servían estas ideas. Para nada. Una chorrada técnica más. Hasta que dos alumnos de Goldstone, llamados Weinberg y Salam aplicaron en 1967 la idea de Higgs a una teoría propuesta por Glashow en 1961. Nadie les hizo ni caso. Imaginaos qué chorrada. Puro exotismo teórico. De hecho, Weinberg abandonó esta línea de trabajo porque no llevaba a ninguna parte y se puso a trabajar en cosmología; muchos habréis leído su famoso libro de divulgación “Los tres primeros minutos del universo.”

Pero resulta que en 1971 uno de los pocos que trabajaban en estas chorradas (había poquísimos en todo el mundo), le mandó a uno de sus alumnos, uno de los mayores genios de la historia reciente, ‘t Hooft, que resolviera un sencillo ejercicio: demostrar lo que todo el mundo sabía, que la teoría de Weinberg-Salam-Glashow era incorrecta y no servía para nada (en lenguaje técnico que no era renormalizable). El ejercicio de Veltman estaba orientado a entrenar a ‘t Hooft en el estudio de la renormalizabilidad de la gravedad cuántica para un gravitón masivo (problema mucho más duro que también resolvió el chaval, que hoy ya es Premio Nobel).

La enorme sorpresa fue que la teoría era renormalizable (gracias a las técnicas inventadas por Veltman y a que ‘t Hooft utilizó un programa de ordenador para hacer los cálculos, el mismo que ahora, mejorado, utilizan muchos físicos jóvenes). Gracias a esta propiedad se podían realizar cálculos con la teoría de Weinberg-Salam-Glashow (antes la teoría no servía para nada porque nadie podía calcular nada con ella). 

Lo maravilloso fue que los cálculos coincidían con la realidad. En 1973 ya se sabía que tenía que ser la teoría correcta, porque era la única que describe todo lo que conocemos, la única capaz de hacerlo, entonces y ahora, porque aún sigue siéndolo.

Poder calcular las predicciones de una teoría es maravilloso porque permite demostrar que la teoría es incorrecta. Se calcula todo lo que predice, se comprueba que falla y listo, ya nos podemos poner manos a la obra y desarrollar una teoría mejor. Pero aquella teoría, llamada modelo estándar, no ha fallado nunca.
Nunca quiere decir nunca. Eso sí, la teoría permite añadir o quitar ciertas cosas. Los neutrinos pueden tener masa o no tenerla. La navaja de Ockham prefiere que no la tengan, pero nada prohíbe que la tengan. 

Cuando se descubrió que la tenían, pues nada, ningún problema se mete y punto (todavía no sabemos bien cómo hacerlo porque hay dos opciones, que los neutrinos sean partículas de Dirac o de Majorana, pero no importa en esta historia).

Sin embargo,  también hay cosas que no podemos poner o quitar a la ligera. Una de ellas es el llamado mecanismo de Higgs. Sabemos que existe, está demostrado en los experimentos y funciona a las mil maravillas. En palabras sencillas este “mecanismo” es equivalente a que, a baja energía el electromagnetismo y la fuerza nuclear débil están separadas, pero a alta energía están unificadas. Más de 40 años de experimentos (más o menos desde 1973) lo han demostrado fuera de toda duda. A baja energía son dos fuerzas separadas. A alta energía son una única fuerza. Estoy simplificando las cosas, pues a alta energía son también dos fuerzas, pero otras dos diferentes que a baja energía; los detalles no son importantes y el nombre que se usa es fuerza electrodébil, que alude a una unificación con “pegamento” (el mecanismo de Higgs).

La versión más sencilla del mecanismo de Higgs (la original de 1964) predice la existencia de una partícula, el bosón de Higgs. Hay versiones más avanzadas que predicen varios bosones de Higgs, e incluso que no predicen ninguno. Bastan pequeños retoques en la teoría (“pequeños” quiere decir que ha costado 40 años dominarlos a la perfección y que los físicos teóricos jóvenes si no los dominan suspenden los exámenes y no reciben su título universitario).

El mecanismo de Higgs es maravillosamente simple pues solo tiene un parámetro libre (en su versión mínima) y todo se calcula a partir de dicho número. Solo un número. ¡Qué maravilla! ¿Cuál es ese número? El número mágico es la masa del bosón de Higgs. Este número puede ser cero, infinito o cualquier otro número. Bueno, ya Higgs sabía en 1964 que no es cero (no existiríamos) y que el número más grande posible es la masa más grande compatible con el modelo estándar, la masa de Planck. Pero para la teoría da lo mismo que el número sea 1 GeV, 100 GeV, 10 TeV, o 1019 GeV (la masa de Planck). He dicho para la teoría, pero no para el experimento.

La existencia del Higgs influye en las demás partículas y esa influencia permite saber más o menos cuál es su masa. Alrededor de 1985 se pensaba que la masa estaba entre 1 GeV (0,001 TeV) y 10.000 GeV (10 TeV), por eso el SSC (Superconducting Super Collider) se diseñó para alcanzar colisiones hasta 40 TeV. En 1995 (tras el descubrimiento del quark top) se pensaba que la masa estaría entre unos 10 GeV y unos 1000 GeV. Por la parte baja, unas decenas de GeV, se pensaba que LEP y luego LEP 2 podrían descubrirlo, pero al final solo descubrieron que la masa es mayor de 114,4 GeV. Por la parte alta, se diseñó el LHC con colisiones hasta 14 TeV para poder explorar hasta los 2000 GeV y se pensaba que el Tevatrón con colisiones de casi 2 TeV podría descubrir el Higgs con una masa hasta unos 200 GeV. No fue así. Resulta que el Higgs tiene una masa alrededor de 120 GeV, la región inalcanzable para LEP2 y la región más difícil para el Tevatrón.

El LHC ha tenido suerte, dentro de la mala suerte que es tener un accidente gravísimo como el de 2009. 

Funcionando a medio gas, con colisiones a 7 TeV hasta 2011 y a 8 TeV en 2012 puede descubrir un Higgs con una masa alrededor de 120 GeV en poco tiempo (solo unos años). Además, está funcionando a las mil maravillas. Este año, el LHC está explorando el rango de masas entre 110 y 800 GeV. El año pasado explorando entre 100 y 600 GeV observó una señal alrededor de 125 GeV. Si se confirma, conoceremos ese parámetro que nos falta, la masa del bosón Higgs (o de uno de los bosones, pues solo importa que sea el que menos masa tenga, con eso basta para que todo funcione a las mil maravillas).

¿Cuántas colisiones hay que analizar en el LHC para descubrir el Higgs? El número es “fácil” de calcular (un físico teórico joven debería ser capaz de calcularlo tras unas semanas de trabajo hasta segundo orden (de la teoría de perturbaciones), es decir, hasta NLO). Por supuesto, calcular a tercer orden NNLO (u otros cálculos más avanzados, como los NLL) son temas de investigación en la actualidad; para sorpresa de muchos, yo entre ellos, los cálculos NLO y NNLO difieren casi en un 50% cuando se esperaba una diferencia menor del 5%. No es que sea difícil realizar estos cálculos, pero requiere mucho tiempo de ordenador, mucho tiempo, y por tanto se requiere cierta “experiencia” para guiar los cálculos del ordenador y hacerlos en un tiempo razonable.

Cuando se realiza este cálculo (que a NLO está publicado por doquier) lo que se descubre es que aún no hay colisiones suficientes para un descubrimiento (del bosón de Higgs del modelo estándar mínimo). Hay muchos primos del bosón de Higgs para los que sí hay colisiones suficientes y muchos otros para los que nunca habrá colisiones suficientes en el LHC.

¿Qué se dirá el 4 de julio? No lo sé. Pero quien piense que se publicará el descubrimiento definitivo del Higgs debe saber que no puede ser el Higgs del modelo estándar, será uno de sus primos. La estadística nunca miente. Siento decepcionarte, pero no quiero engañarte. El anuncio no será más gordo que el de diciembre de 2011. La razón es muy sencilla, se han analizado un número insuficiente de colisiones para asegurar 100% un descubrimiento. A lo más, se ratificará la señal ya observada, lo que para los físicos es muy importante, pero recuerda mis palabras, desde el CERN en la rueda de prensa dirán que todavía no se puede asegurar al 100% que el Higgs existe.

Hay muchos rumores, pero siendo realistas, 5 sigmas de significación local no es suficiente para que los directores del CERN proclamen un descubrimiento. Ellos son así. No quieren volver a cometer el error de Carlo Rubbia en 1984 (cuando proclamó con un número de colisiones insuficiente que el quark top había sido descubierto con una masa de unos 40 GeV). La significación global es imposible que alcance 5 sigmas, los números no salen (esto es como sumar 2+2, por mucho que quieras no da 22), al menos antes de diciembre de 2012 (y siempre que todo vaya viento en popa y a toda vela en el LHC; crucemos los dedos).

Recuerda que esto es como cuando se supo que la Tierra era “redonda” y se le podía dar la vuelta. Maravilloso. Un gran descubrimiento. Pero hasta que alguien no intentó darle la vuelta no se hicieron descubrimientos de verdad. Aquí pasa lo mismo. Una partícula que parece ser el Higgs es solo eso, un candidato a ser el Higgs. Estudiar su física en detalle requiere una fábrica de Higgs que produzca miles al año (no bastan unos pocos, menos que los dedos que tenemos para contarlos).

Fuente:

Francis Science News

26 de junio de 2012

El CERN dispara los rumores sobre el hallazgo de la 'partícula de Dios'

Podría anunciarse el 4 de julio en la conferencia ICHEP 


Instalaciones del detector ATLAS. | CERN
Instalaciones del detector ATLAS. | CERN
 El director general de la Organización Europea para la Investigación Nuclear (CERN), Rolf Heuer, ha señalado que ya podría haber datos "suficientes" para hallar el bosón de Higgs. El próximo 4 de julio se celebra la Conferencia Internacional de Física de Altas Energías (ICHEP 2012) en donde se presentarán los últimos resultados obtenidos en los experimentos ATLAS y CMS del Gran Colisionador de Hadrones (LHC) y la comunidad científica ya especula con que, en ese encuentro, el CERN realizará el anuncio de un descubrimiento.

En un artículo en 'The Bulletin', Heuer ha indicado que "hallar el bosón de Higgs es una posibilidad real y que, a menos de dos semanas para que se celebre la conferencia ICHEP, la noticias de los experimentos son esperadas con ansiedad". Sin embargo, ha pedido a la comunidad científica que tenga "un poco más de paciencia".

El bosón de Higgs, conocido también popularmente como la 'partícula de Dios', es la última partícula del Modelo Estándar de la Física que todavía no ha sido descubierta, la que da sentido a la Física tal y como la conocemos. Es por el momento, la única explicación disponible sobre una cuestión tan fundamental como el origen de la materia en las partículas del Universo. No es posible detectar el bosón de Higgs de forma directa. Lo que buscan los detectores del LHC son las huellas que dejaría al desintegrarse.

Expectación ante el 4 de julio

La toma de datos para la ICHEP 2012 concluyó el lunes 18 de junio después de un "exitoso primer periodo" de funcionamiento del LHC durante este año, según ha explicado del CERN. Precisamente, Heuer ha señalado que es el "impresionante trabajo" que ha tenido el LHC en 2012 lo que "ha elevado las expectativas de cara a un descubrimiento".

El equipo de expertos que trabaja para la organización en Ginebra ha diseñado la actividad del LHC para el primer periodo de 2012 de manera que obtuviera la máxima cantidad de datos posibles antes de que se celebrara el ICHEP. De hecho, se han obtenido más datos entre abril y junio de este año que en todo 2011. "La estrategia ha sido un éxito", ha indicado el director general del CERN.

Además, ha recordado que aunque ATLAS o CMS muestren datos el próximo 4 de julio que supongan el descubrimiento de la partícula, "siempre se necesita tiempo para saber si es el bosón de Higgs buscado durante mucho tiempo -el último ingrediente que falta en el Modelo Estándar de física de partículas- o si se trata de una forma más exótica de esta partícula de que podría abrir la puerta a una nueva física".

Por otra parte, Heuer se ha mostrado "feliz" porque el Consejo ha aprobado los presupuestos del CERN para el año 2013. Además, la organización ha recibido la notificación de Rusia acerca de su futura asociación al CERN.

A principios de 2012 los responsables del CERN aseguraron que este año se tendrían resultados concluyentes sobre la existencia o no del bosón de Higgs, de la que los científicos de este organismo creen haber visto "señales" durante las mediciones y análisis de datos realizados durante 2011.

El LHC, un anillo de 27 kilómetros de circunferencia localizado a entre 50 y 150 metros bajo tierra, cuenta con cuatro detectores. De ellos, dos -ATLAS Y CMS- están dedicados a buscar de manera paralela, pero independiente, nuevas partículas, incluida la de Higgs.

Fuente:

El Mundo Ciencia

20 de abril de 2012

¿Cuánta electricidad consume el Gran Colisionador de Hadrones y para qué?

El Gran Colisionador de Hadrones (LHC) es la construcción humana más titánica de la historia por sus implicaciones, el mayor esfuerzo de colaboración conjunta entre naciones y la inversión de los más sofisticados conocimientos científicos que poseemos en busca de respuestas importantes a preguntas importantes. Sin embargo, habida cuenta de lo que hace, debe pagar unas facturas de luz astronómicas.

Encerrado en un anillo de 26,9 km de largo enterrado en las proximidades de Ginebra, Suiza, el LHC está ampliando nuestros conocimientos de la física a base de acelerar dos haces de protones en direcciones opuestas a energías de 7 teraelectronvoltios, lo cual consume mucha electricidad.

A pleno rendimiento, el CERN, el laboratorio físico europeo que gestiona el LHC, consume una potencia de 180 megavatios, 120 de los cuales se los lleva el propio acelerador. El mayor consumo de electricidad del LHC está dedicado exclusivamente en el sistema criogénico, usado para congelar 7.000 imanes superconductores gigantescos a una temperatura justo por encima del cero absoluto, a fin de que sean verdaderamente eficientes.

Luego el sistema usa 27,5 megavatios para dirigir los haces de protones por un trayecto circular. Ahí entran en acción los 4 detectores principales, máquinas encargadas de leer las colisiones entre protones, que emplean 22 megavatios.

Así pues, en general, el CERN consume un equivalente a una pequeña ciudad, aproximadamente el 10 % de lo que consume la ciudad de Ginebra, así que la carga para la red de energía local no es muy importante y los riesgos de apagón son bajos. 

Con todo, la factura eléctrica debe de ser descomunal, y hay que sumarlo al gasto que ya supone el funcionamiento general del LHC: 2.800 millones de euros. Para ello, los físicos se ven obligados a cerrar el LHC en invierno, cuando el consumo es mayor.

Fuente:

2 de marzo de 2012

Nuevo giro en misterio de la antimateria

Estadísticas de un 'descubrimiento'

Un cuarto de dólar
  • La Física de Partículas tiene una definición aceptada para un "descubrimiento": un nivel sigma cinco de certeza
  • El número de desviaciones estándar, o sigmas, es una medida de cuán improbable es que un resultado experimental sea simplemente consecuencia del azar en lugar de un efecto real
  • Del mismo modo, lanzar una moneda y obtener una cantidad de caras seguidas podría ser sólo producto del azar, más que un indicio de una moneda trucada
  • El nivel "sigma tres" representa la misma probabilidad que sacar más de ocho caras consecutivas
  • El sigma cinco, por otra parte, correspondería a sacar más de 20 seguidas
  • Con la confirmación independiente por otros experimentos, los hallazgos de sigma cinco se convierten en descubrimientos aceptados
Acelerador Tevatron

CDF fue uno de dos experimentos polivalentes en el Acelerador Tevatron cerca de Chicago.

Un equipo de físicos han dado un paso en sus esfuerzos para entender por qué el Universo está dominado por la materia, en lugar de su oscuro opuesto, la antimateria.

Un experimento estadounidense confirmó hallazgos previos que insinúan fenómenos fuera de nuestro entendimiento de la física.

Los resultados muestran que ciertas partículas de materia se deterioran de un modo diferente que sus contrapartes de antimateria.

Tales diferencias podrían ayudar potencialmente a explicar por qué hay en el cosmos mucha más materia que antimateria.

Los hallazgos de los científicos que trabajan en el experimento CDF fueron presentados en una reunión de Física de Partículas en La Thuile, Italia.

El CDF fue uno de dos experimentos polivalentes en el ahora extinto Acelerador de partículas Tevatron en Illinois.

Los físicos creen que el intenso calor del Big Bang debería haber forjado cantidades iguales de materia y su "imagen en el espejo", antimateria. Aún así, hoy vivimos en un Universo compuesto abrumadoramente de materia.

La antimateria es relativamente poco común, al ser producida en aceleradores de partículas, en reacciones nucleares o por rayos cósmicos. Llegar al fondo de a dónde fue toda esta antimateria sigue siendo uno de los grandes esfuerzos de la física de partículas.

Los resultados más recientes respaldan los hallazgos del experimento LHCb en el Gran Colisionador de Hadrones, que se anunciaron en noviembre de 2011.

Hablando de partículas...

Gran Colisionador de Hadrones

El LHCb es un enorme detector diseñado para examinar la violación CP.

Tanto el CDF como el LHCb han estado observando el proceso por el cual partículas subatómicas llamadas Mesón-D se deterioran -o transforman- en otras. Por ejemplo, las Mesón-D están hechas de partículas conocidas como Quarks encantados, y pueden desmoronarse en kaones y piones.

Nuestra mejor comprensión de la física hasta ahora, conocida como el Modelo estándar de Física de Partículas, sugiere que las complicadas cascadas de desmoronamiento de Mesones-D en otras partículas deben ser casi las mismas -menos de 0,1%- que una cadena similar de desmoronamientos de antimateria.

Pero el equipo del LHCb reportó una diferencia de un 0,8%, mientras que el equipo del CDF ha presentado ahora datos que muestran una diferencia de 0,62%.

Obtener una medida tan similar al LHCb fue "un poco sorpresiva" según el portavoz de CDF, Giovanni Punzi, porque fue un "resultado muy inusual".

Punzi dijo a la BBC que "el hecho de que dos experimentos separados hayan encontrado esto usando métodos diferentes -ambientes diferentes- es muy interesante".

El profesor Punzi, de la Universidad de Pisa y el Instituto Nacional de Física Nuclear de Italia (INFN), expresó que es probable que esto "haga cambiar la opinión de mucha gente acerca de que sea apenas uno de esos efectos, a algo que será considerado una observación confirmada, debido a este resultado independiente".

¿Una nueva física?

Explicó que cuando los resultados del CDF y el LHCb se combinan, la significación estadística casi alcanza el nivel sigma cuatro de certeza. Esto equivale a aproximadamente una oportunidad en 16.000 de que la observación se reduzca a un capricho estadístico en la información.

La doctora Tara Shears, una física de partículas de la Universidad de Liverpool que trabaja en el experimento LHCb, dijo a la BBC: "Todavía no sabemos si estamos viendo las primeras señales de una nueva física o si estamos empezando a entender mejor el Modelo estándar de física de partículas.

"Lo que hemos visto es un indicio que vale la pena explorar. Y el hecho de que el CDF vea el mismo efecto que el LHCb es una confirmación de que realmente vale la pena".

Punzi se hace eco de estos puntos de vista: "Este efecto es definitivamente mucho más grande que nada que se haya pronosticado. Así que habrá discusiones entre los teóricos, preguntando: 'Es esto realmente una nueva física, o nos equivocamos con nuestros cálculos?'"

El dominio de la materia en el Universo es posible sólo si hay diferencias en el comportamiento de las partículas y las antipartículas.

Los físicos ya habían visto semejantes diferencias, conocidas como "Violación CP". Pero estas diferencias conocidas son demasiado pequeñas para explicar por qué el Universo parece preferir la materia a la antimateria.

Hay otro experimento que mostró una significativa "asimetría" de la materia sobre la antimateria. En junio de 2010, los físicos que trabajaban en el experimento DZero de Tevatron reportaron haber visto una diferencia de 1% en la producción de pares de partículas muones (materia) y pares de antimuones (antimateria).

El Tevatron fue cerrado en septiembre del año pasado, después de que el gobierno estadounidense rechazó una propuesta para financiarlo hasta 2014, pero los científicos continúan analizando datos recogidos hasta el mismo final de las operaciones.

Fuente:

BBC Ciencia

Contenido relacionado

google.com, pub-7451761037085740, DIRECT, f08c47fec0942fa0