El haz de neutrinos más potente atravesará 1.300 kilómetros de la Tierra

El chorro de partículas pasará por un gigantesco detector capaz de observar la formación de un agujero negro en tiempo real y permitirá buscar respuestas al origen del universo.

Extienda la palma de la mano. Cuente hasta tres. Un billón de neutrinos acaba de atravesar la piel, el músculo y los huesos de su mano. Estas minúsculas partículas pasan por el espacio vacío de los átomos casi a la velocidad de la luz en un viaje interestelar que no deja rastro. El Experimento de Neutrinos Subterráneo Profundo (DUNE, por sus siglas en inglés) proyecta un nuevo acelerador y dos nuevos detectores de un haz de neutrinos que recorrerá 1.300 kilómetros por el subsuelo de Estados Unidos. La prueba puede aportar respuestas sobre el origen del universo.
 
Los neutrinos son tan ligeros y escurridizos que pueden atravesar un año luz de plomo macizo sin despeinarse. Y, sin embargo, los científicos han conseguido atraparlos. A cien metros bajo tierra, en un laboratorio a las afueras de Chicago (EE UU) existe una cueva que alberga un contenedor metálico del tamaño de un autobús, repleto de luces, instrumentos de medición y cables. Es un detector de neutrinos.

Estas partículas subatómicas ostentan varios récords en el campo de la física. Son los corpúsculos de materia más abundantes del universo y, a pesar de ello, siguen siendo un rompecabezas. Esto es porque también son los más pequeños, lo cual impide estudiarlos directamente. Nadie sabe cuál es su masa, pero los experimentos indican que debe de ser al menos 100.000 veces menor que la del electrón, que es la siguiente partícula menos pesada. Además, no tienen carga eléctrica, por lo que raramente interactúan con otros cuerpos.

Aunque los neutrinos pueden venir de muchos sitios —como las estrellas o los plátanos—, su mayor fuente terrestre es un acelerador de partículas que arroja protones contra un bloque de grafito y está cerca de esa cueva de EE UU, en las instalaciones del laboratorio de ciencia básica Fermilab (Fermi National Accelerator Laboratory). Los científicos creen que estas partículas podrían ser la clave para descubrir física más allá del Modelo Estándar, el marco teórico incompleto que describe el comportamiento de la materia.

Un detector más grande que el de Chicago se encuentra enterrado a 800 kilómetros de distancia, en la mina Soudan del estado de Minessota. Juntos forman el experimento NOνA. Los científicos estadounidenses han creado el haz de neutrinos —que atraviesa el detector cercano y el lejano, además de toda la materia de la corteza terrestre que los separa— para tener las mejores posibilidades de observar estas partículas y de estudiar su extraño comportamiento. Los neutrinos son como fantasmas, invisibles a los instrumentos de la ciencia, pero muy de vez en cuando alguno colisiona con un átomo del fluido que hay dentro de los detectores. Esto produce partículas con carga eléctrica que dejan rastros visibles. Encontrarlos, entonces, se convierte en cuestión de cifras: cuanto más denso sea el chorro que sale del acelerador, mayor probabilidad hay de que algún neutrino choque contra un átomo en el detector.

Pero NOνA es solo el principio. Esta instalación, que desde 2014 es el mayor experimento de neutrinos de larga distancia, está abriendo camino para algo mucho mayor: DUNE. Un nuevo acelerador y un nuevo detector serán el punto de partida para un haz de neutrinos que viajará desde Fermilab hasta el Centro de Investigación Subterráneo de Sanford (SURF), en Dakota del Sur. Allí, a un kilómetro y medio de profundidad, los investigadores de la colaboración internacional DUNE pretenden enterrar el mayor detector de la historia: cuatro módulos del tamaño de una piscina olímpica cada uno, pero seis veces más profundos, rellenos con 17.000 toneladas de argón líquido.

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El País (Ciencia)

¿Podría matarnos una moneda lanzada desde un rascacielos?

Ya sabemos por qué los rascacielos no pueden ser más altos, ¿pero que pasaría si una moneda lanzada desde uno de esos gigantes nos cayera en la cabeza? Olvidémonos de los gigantes asiáticos y pensemos en un rascacielos de los de toda la vida como es el Empire State Building y en una pequeña moneda y ya que estamos en los EE.UU. tomemos un centavo.

Una leyenda urbana asegura que si nos cayera una moneda desde lo alto de un rascacielos nos mataría, pero se trata de un bulo. Es prácticamente imposible que la moneda nos pudiera matar.

Un objeto que cae desde una altura experimenta una aceleración constante durante toda su caída como efecto de la gravedad, de modo que el impacto contra el suelo sería impresionante. Pero eso no es así, la moneda también sufre una fuerza de frenado por el rozamiento contra el aire, que contrarresta la fuerza de la gravedad. 

Cuanto más rápido cae nuestra moneda, mayor será la resistencia del aire hasta un punto en que la fuerza de la gravedad y la de resistencia se igualan, consiguiendo una aceleración cero, momento en el que la moneda alcanzará su velocidad máxima y ésta se vuelve constante. Lo que se llama velocidad terminal.

La moneda al ser plana presenta mucha resistencia al aire y debido a su ligereza hay que realizar poca fuerza para compensar su peso. Se estima que alcanzará su velocidad terminal a los 15 metros de comenzar su caída, descendiendo entonces a unos constantes 40 kilómetros por hora.

¿Pero podría darse el caso de que la moneda alcanzara una velocidad mayor? Para este caso habría que crear unas condiciones ideales en laboratorio en las que no existiera ninguna fuerza que interfiriese en la caída de la moneda. En este caso el centavo alcanzaría los 335 kilómetros por hora. 

Así que si nos cae un centavo desde el Empire State y no hemos creado un túnel con unas condiciones especiales para que circule la moneda, podemos estar seguros de que no nos hará demasiado daño.

Vía | elconfidencial

Tomado de:

Xakata Ciencia

¿Por qué los animales veloces tienen patas estilizadas?

Gacelas y guepardos son animales muy rápidos y sobre todo, capaces de ponerse a gran velocidad desde el reposo en poquísimo tiempo. Sus patas largas y delgadas son su herramienta secreta. ¿Qué principio físico hay tras esa cualidad?

El profesor Antonio Ruiz de Elvira explica desde Cosmocaixa, el museo interactivo de la ciencia de la Obra Social La Caixa, que se trata de una estrategia evolutiva basada en el ahorro energético.

La energía, en el movimiento, se gasta sobre todo en las aceleraciones, cómo saben todos los conductores de las grandes ciudades. La energía se gasta en producir trabajo físico, el producto de la fuerza por el espacio recorrido. Y la fuerza es la masa por la aceleración. Si la masa que arranca y se detiene cada poco es ligera (la pata tiene la menor masa de todas las compatibles con la resistencia al golpe), la fuerza es la mínima posible, y con el mismo gasto de energía se puede producir una aceleración mayor.

Fuente:

El Mundo Ciencia 

La 'máquina del Big Bang' suspende su actividad en el CERN hasta 2015

 
El acelerador de partículas del CERN. | EM

 

El acelerador de partículas elementales más grande del mundo, el Gran Colisionador de Hadrones (LHC, por sus siglas en inglés) de la Organización Europea de Investigación Nuclear (CERN, por sus siglas en inglés), ha suspendido las operaciones por 20 meses para un proceso de modernización que le permitirá incrementar su potencia de 8 a 14 teraelectronvoltios.

La noticia ha sido anunciada por el propio equipo del LHC en su página web, en donde han dejado el mensaje: "concluidas las operaciones de 2012. Volveremos a vernos pronto para las colisiones p-Pb (protones contra núcleos de plomo), en 2013. Las colisiones de alta energía protón-protón se reanudarán en 2015".

El LHC se despide tras haber cumplido su objetivo, detectar rastros de una partícula elemental con características similares a las del Bosón de Higgs, el pasado verano. Se trata del último elemento que faltaba en el modelo estándar de física de partículas.

El acelerador es un anillo de 27 kilómetros ubicado en la frontera entre Francia y Suiza y valorado en más de 6.000 millones de euros. Se puso en marcha en 2008 y, con una que otra pausa técnica, estuvo operativo durante unos tres años generando choques de protones de energía cada vez mayor.

El CERN ha señalado que, en este tiempo, el LHC ha realizado 6.000 billones de choques y, de estos, 400 produjeron resultados compatibles con partículas similares al bosón de Higgs. "El trabajo del LHC ha superado todas las expectativas en los últimos tres años y ha hecho logros fantásticos", ha señalado en un comunicado el director del acelerador, Steve Myers.

Los choques se iniciaron en 2008 a bajas energías y fueron aumentando paulatinamente, hasta la actualidad, cuando los dos haces circulaban a una energía de 4 teraelectronvoltios, por lo que los choques se produjeron a una energía de 8 Teraelectrovoltios.

Con las nuevas mejoras técnicas y el aumento de energía, se espera poder observar otro tipo de fenómenos que confirmen definitivamente la existencia del Bosón de Higgs.

Fuente:

El Mundo Ciencia

Casi tan caliente como el Big Bang

El LHC utiliza plomo acelerado para estudiar el estado primordial de la materia

El experimento Alice explora el plasma a 100.000 veces la temperatura del Sol

• DESCARGABLE El experimento Alice en cómic (CERN)

 

Simulación de una colisión de núcleos de plomo en el detector Alice del acelerador LHC. / CERN / ALICE

Cuando la materia se calienta hasta temperatura extrema, tan extrema como 100.000 veces la del centro del Sol, suceden cosas raras. Los átomos dejan de ser átomos e incluso los núcleos atómicos se disgregan en sus componentes fundamentales para formar un nuevo estado de la materia, una sopa de partículas con propiedades exóticas. Así debió de ser el universo al principio, en los primeros instantes después del Big Bang, mucho antes de que al expandirse y enfriarse aquel cosmos primitivo pudieran formarse los átomos y luego las estrellas, las galaxias, los planetas...

¿Cómo reproducir en el laboratorio esas condiciones de altísima temperatura? El gran acelerador de partículas LHC, en el Laboratorio Europeo de Física de Partículas (CERN, junto a Ginebra), además de servir para cazar el famoso bosón de Higgs, sirve para generar minúsculas gotas de esa sopa supercaliente de partículas elementales (quarks y gluones). Pero, para ello, en lugar de acelerar y colisionar protones, hay que acelerar y hacer chocar plomo, o más bien, núcleos de plomo. Uno de los grandes experimentos del LHC, el Alice, está especializado precisamente en la exploración de ese microcosmos ardiente y cuenta con un mes al año de colisiones de plomo acelerado en el LHC o, como se ha ensayado hace unos pocos días, de plomo contra protones.

“El plasma de quarks y gluones debió de ser el estado de la materia más abundante, si no el único, durante las primeras milmillonésimas de segundo tras el Big Bang, pues la temperatura que reinaba por aquel entonces era de un billón de grados centígrados, lo que equivale a un 1 seguido de 12 ceros, es decir, un millón de veces la temperatura del interior del Sol, que no de la superficie, que está en unos 6.000 grados”, comenta Ginés Martínez, director de investigación del CNRS francés, que lidera el equipo de Alice de su laboratorio en Nantes. “En el LHC nos acercamos pues a esas temperaturas del principio del universo al crear microgotas de ese plasma de quarks y gluones que duran una billonésima de billonésima de segundo”, continúa.

En las colisiones del acelerador LHC se han alcanzado 5,5 billones de grados

“Con Alice tenemos la oportunidad de observar y estudiar las propiedades de ese estado primordial de la materia”, explica Despina Hatzifotiadou, física del experimento. De momento, continúa, en las semanas de colisiones plomo/plomo que ya se han hecho en el LHC, en 2010 y 2011, se ha observado cómo esta sopa de quarks y gluones se comporta como un líquido perfecto, prácticamente sin fricción, y opaco. “Además, hemos batido un récord al crear la mayor temperatura en el universo: unos 5,5 billones de grados kelvin”, añade. Es la temperatura que tendría el universo 10 milmillonésimas de segundo después de la gran explosión inicial, dice Carlos Pajares, que lidera el grupo español de la Universidad de Santiago que participa en Alice. “Se trata de estudiar precisamente la transición de fase entre el estado de las partículas elementales tal y como están en los componentes del núcleo atómico a esa sopa de quarks y gluones”, añade este físico teórico.

En el LHC estaba previsto que tras la fase actual de colisión de protones (hasta final de año) hubiera un mes de colisiones de plomo/plomo en enero. Pero han cambiado ligeramente los planes, explica Hatzifotiadou, y serán choques de haces de plomo contra haces de protones, lo que permitirá a los físicos hacer comparaciones de las propiedades del plasma con diferentes tipos de colisión.

Un millar de físicos e ingenieros de 31 países trabajan en Alice, uno de los cuatro gigantescos detectores de partículas del LHC (otros dos, el Atlas y el CMS, también aportan información en esta vertiente de la investigación de la sopa de quarks y gluones). No hay que olvidar que aunque Alice se sitúe en los récords de energía y temperatura, la instalación estadounidense RHIC avanzó mucho en este camino del nuevo estado de la materia en la última década, recuerdan los expertos. Allí se crearon, hace 10 años, las primeras gotas de la sopa de quarks y gluones, apunta Martínez.

Los quarks parecen prisioneros eternos confinados dentro de los protones

Es todavía un misterio sin resolver por qué los protones y los neutrones de los núcleos de los átomos tienen una masa cien veces superior a la de los quarks que los forman y por qué sus quarks parecen ser sus prisioneros eternos.

Para entender estos dos problemas hay que repasar un poco la composición del átomo, que está formado por un núcleo y electrones; el núcleo, a su vez, está formado por protones y neutrones y cada uno de estos, por tres quarks, unidos por la denominada fuerza fuerte, de la que se ocupan los gluones. Pues bien, los quarks no se pueden separar unos de otros, están confinados dentro del protón o del neutrón, y cuanto más fuerte intenta uno separarlos, más fuertemente se unen. Es como si estuvieran sujetos con una goma (los gluones), que resulta más y más difícil estirar cuanto más tensa está. Pero a partir de un momento, a muy alta temperatura, la goma se rompe y esas partículas elementas, en libertad, forman la famosa sopa, explica Pajares. ¿Cómo? ¿Por qué? ¿Qué reglas rigen esa transición y sus propiedades? Este es el terreno de los físicos de Alice.

Otro misterio pendiente es el de la masa del protón. Resulta que los tres quarks que lo forman “representan solo el 1% de su masa, esa cuyo origen se explica con el mecanismo del bosón de Higgs”, argumenta Martínez. ¿Y el resto? “El 99% restante de la masa se crea por el proceso de confinamiento de quarks”, añade.

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El País Ciencia

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?

--> Actualización: El CERN cantará Bingo pero no será el 'Gran Bingo'

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.

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La Información Ciencia

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El bosón de Higgs explicado a mi abuela

5 curiosidades ociosas sobre Física que probablemente no conoces

1. En mecánica cuántica, la distancia más pequeña posible se conoce como longitud de Planck. Y el tiempo que tardaría un fotón en cubrir esa distancia se conoce como tiempo de Planck. Si contáramos una longitud de Planck por segundo, tardaríamos 10.000.000 veces la edad actual del universo en alcanzar el diámetro de un átomo.

2. Un acelerador de partículas con potencia suficiente como para investigar la escala de Planck debería tener un peso equivalente al de la Luna, y su circunferencia sería igual a la órbita de Marte.

3. Las ondas sonoras generadas por un agujero negro en el doble cúmulo de Perseo está en si bemol, 57 octavas por debajo de las teclas de un piano. Según el libro de Joel Levy 100 analogías científicas:

Se trata de un sonido mil billones más profundo de lo que puede percibir el oído humano. Se trata de una nota que lleva 2.500 millones de años sonando.

4. 100 billones de trillones de grados Kelvin es la temperatura del universo unos segundos después del Big Bang. Una temperatura equivalente a mil millones de billones de supernovas.

5. El universo está hecho “a medida” para nosotros. Si el conjunto de constantes fundamentales que rige las propiedades de la materia y de la energía fuera diferente, la vida no podría haber aparecido. Por ejemplo, si la interacción nuclear débil fuerse un poco más fuerte, el universo sería una gigantesca sopa de hidrógeno puro. Dado ue la interacción nuclear débil tiene exactamente la fuerza que tiene, el universo contiene un amplio abanico de elementos.

Fuente:

Xakata Ciencia

Nuevo giro en misterio de la antimateria

Estadísticas de un 'descubrimiento'

• 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

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...

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

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Un cable flojo parece reivindicar a Einstein

Parece que, después de todo, Einstein tenía razón y nada viaja más rápido que la luz.

Los resultados del polémico estudio en el que partículas subatómicas se desplazaban más rápido que la velocidad de la luz podrían explicarse por la mala conexión de un cable, informó la revista Science Insider.

El experimento, efectuado en septiembre pasado, puso en duda un principio fundamental de la física, central en la la Teoría de la Relatividad de Albert Einstein.

Pero, según la revista, el sorprendente hallazgo podría haber sido resultado de una mala conexión entre un computador y el Sistema de Posicionamiento Global (GPS, por sus siglas en inglés), empleado para medir el tiempo de viaje de los partículas.

Para el experimento, se enviaron neutrinos desde el Centro Europeo para la Investigación Nuclear (CERN), ubicado en Ginebra, Suiza, a otro laboratorio sitiado a 730 kilómetros de distancia.

Y al revisar los datos los científicos encontraron que estos parecían completar el viaje 60 milmillonésimas de segundo más rápido que lo que hubiese hecho la luz recorriendo la misma distancia sin ningún obstáculo.

clic Lea: Desconcierto por hallazgo de partícula que parece superar la velocidad de la luz

Al revisar la conexión y medir el tiempo que toman los datos en recorrer la longitud del cable de fibra óptica, sin embargo, los investigadores encontraron que los datos llegan 60 nanosegundos antes de lo esperado.

Y como este intervalo de tiempo se le resta al tiempo total del viaje, eso podría explicar la llegada temprana de los neutrinos en el estudio pasado.

Nuevos estudios

El experimento había sido conducido por el Centro Europeo para la Investigación Nuclear, CERN.

Nuevos datos, sin embargo, serán necesarios para confirmar esta nueva hipótesis.

Y es que el error que pudo haber llevado a los científicos a sobrestimar el tiempo de viaje de los neutrinos también puede haber sido generado por el oscilador electrónico que provee las marcas de tiempo para las sincronizaciones del GPS.

Por eso los científicos de CERN esperan realizar nuevos estudios, con otras tecnologías de fibra óptica, en mayo próximo.

Como explicó en su momento el periodista de la BBC Jason Palmer, varios científicos ya habían manifestado su escepticismo frente al estudio y advertido de la posibilidad de un error, pues el descubrimiento cuestionaba la teoría de Einstein según la cual nada puede viajar más rápido que la luz.

clic Lea: "¿Tenía razón Einstein?: dudan que los neutrinos viajen más rápido que la luz"

Y es que, desde que Einstein reveló sus descubrimientos en 1915, la ciencia no había hecho sino corroborarlos.

Y ahora parece que un cable flojo vuelve a reivindicarlo.

Fuentes:

BBC Ciencia

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Neutrinos desconectados de la realidad

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El bosón de Higgs explicado a mi abuela

Decía Albert Einstein que uno no ha entendido realmente algo hasta que no es capaz de explicárselo a su abuela. Aceptamos el reto e intentamos explicar de manera sencilla qué es la partícula de Higgs y por qué es trascendente su búsqueda.

Querida abuela:

La Física no es una cuestión tan complicada como parece. En los últimos meses, habrás escuchado hablar sobre esa partícula que los científicos se afanan en buscar con sus gigantescas máquinas en Ginebra y de la que depende buena parte de nuestro conocimiento sobre el mundo. La llaman el bosón de Higgs. Hace una semana, los físicos del CERN anunciaron que tenían la partícula acorralada y que pronto podrían decirnos tanto si existe como si no. ¿Cómo es posible que aún no lo sepan?, te preguntarás. ¿Y cómo puede tener tanta importancia una partícula tan insignificante que ni siquiera la podemos detectar?

El asunto, querida abuela, se remonta a hace 13.700 millones de años. Entonces se formó la materia y se produjeron unos niveles de energía increíbles en lo que conocemos como Big Bang. Pero vamos a saltarnos esta parte. Mucho tiempo después de aquello, nuestros científicos están intentando comprender de qué están hechas las cosas y, no menos importante, cómo permanecen unidas. Respecto a la primera pregunta, y tras muchos palos de ciego, los físicos han conseguido desentrañar el rompecabezas de la materia y ya tienen un catálogo muy interesante.

------- * Ponte a prueba: ¿Cuánto sabes sobre el bosón de Higgs? (Test) -------

Las cosas están hechas de átomos, y dentro de estos átomos hay otras partículas más pequeñas como las que componen el núcleo, protones y neutrones, los electrones (que lo orbitan), los quarks, etc. Para encontrar nuevas partículas, los científicos las aceleran a una gran energía y las hacen chocar entre ellas en grandes colisionadores. Como la energía y la masa deben conservarse, cuando falta una parte al final del proceso los físicos saben que debe haberse creado una partícula nueva. Así se dedujo la existencia de otro personaje que se ha hecho muy popular últimamente, el famoso neutrino. Y así se busca el bosón de Higgs.

En cuanto a la forma en que se unen las cosas, después de muchas investigaciones sabemos que existen cuatro fuerzas fundamentales: la de la gravedad (la que hace que al pegar un saltito vuelvas a caer al suelo, por ejemplo), el electromagnetismo (que permite funcionar a los motores y a los teléfonos móviles), la fuerza nuclear fuerte (que mantiene unido el interior del núcleo de los átomos) y una cuarta fuerza conocida como fuerza nuclear débil y que aparecía en algunos procesos concretos, como el que se produce en los elementos radiactivos, como el uranio o el plutonio.

Pues bien, investigando este fenómeno, y en su afán por unificar las cosas, los científicos se dieron cuenta de que a altas energías, la fuerza débil y el electromagnetismo se comportaban igual, pero a bajas energías eran muy diferentes. La partícula responsable del electromagnetismo, el fotón, no tenía masa, pero las partículas responsables de la interacción débil, llamadas bosones W y Z, tenían una masa enorme. Es decir, a altas energías se comportaban igual que el fotón, como si no tuvieran masa, pero a bajas energías no. La pregunta que surgió entonces era aún más interesante. Ya sabíamos de qué están hechas las cosas y cómo permanecen unidas pero, ¿por qué tienen masa las partículas?

En 1964, un físico británico llamado Peter Higgs propuso una solución que otros desarrollarían más tarde: existía un campo, invisible pero presente en todo el universo desde el Big Bang, que era el responsable de darle masa a las cosas. ¿Cómo lo hacía? Para entenderlo, necesito que te imagines el universo como una gigantesca piscina. Todo lo que avanza en el agua se encuentra una resistencia, luego el agua (el campo de Higgs) es lo que les da la masa. Unas partículas encuentran mucha resistencia (tienen más masa) y otras no encuentran ninguna (como los fotones, la luz). Igual que el agua está compuesta de moléculas, ese campo de Higgs está compuesto de una serie de partículas hipotéticas, las conocidas como bosones de Higgs.

Para entenderlo, voy a adaptar un ejemplo que ponen los científicos del CERN. Imaginemos una sala llena de abuelas. Cada uno de ellas sería un bosón y juntas compondrían el campo de Higgs (el agua del anterior ejemplo). Si entrara alguien muy famoso en la habitación, se producirá una expectación en torno a él que terminará traducida en cierta resistencia a su avance. En este caso el famoso sería como una partícula y el campo de Higgs serían las abuelas, que le harían ganar masa. Mi amigo Ismael lo explicaba el otro día con una playa por la que avanzara un vendedor de helados con su carrito y que estuviera llena de niños invisibles. Los críos se arremolinarían en torno a él y le impedirían avanzar, dándole masa. En este caso los niños serían los bosones de Higgs.

¿Vas viendo por dónde van los tiros? Tranquila, aún estamos empezando y volveremos sobre este asunto. Para que lo entiendas mejor, debes saber que todo el conocimiento que te he expuesto anteriormente compone lo que los físicos conocen como Modelo Estándar de la Física. Se trata de una ecuación con muchísimas variables y funciona perfectamente para todo lo que nos proponemos. Y ahora sí, agárrate abuela, porque ésta es la ecuación:

¿Impresionada? No era mi intención asustarte, solo te he puesto la fórmula para que te fijes en un detalle y comprendas por qué se empeñan los científicos en buscar el bosón de Higgs. Vuelve a mirar la ecuación y fíjate en las "H". Ese valor representado en la fórmula es el bosón de Higgs y, aunque no lo hemos encontrado, es fundamental para que el Universo se comporte como se comporta, ya que cada vez que ponemos en marcha la ecuación, nuestras predicciones funcionan.

¿Por qué es tan difícil encontrar el bosón de Higgs? Aunque tenemos medidas indirectas de la existencia del campo de Higgs, hay que encontrar la partícula para tener la certeza de que existe. Pero esto es realmente difícil, porque cuando intentamos verlos, los bosones de Higgs se desintegran inmediatamente hacia otro tipo de partículas y no hay manera de registrarlo.

Para que te hagas una idea, la vida media (en reposo) de un bosón de Higgs de 125 GeV es de una billonésima de billonésima de segundo, un yoctosegundo (¡qué palabra para presumir con las amigas!). Lo que están haciendo con esa gran máquina de Suiza, el LHC, es hacer que muchas partículas choquen entre sí a gran velocidad y ver las huellas que deja tras de sí el bosón. De momento, las pruebas no son lo suficientemente precisas para encontrarlo pero sí para "acorralarlo", ya saben en qué abanico de energía puede aparecer y como lo irán estrechando en los próximos meses, pronto sabemos si esa "H" de la ecuación existe, si en realidad son varias partículas en vez de una o si no hay rastro del famoso bosón y a los físicos les toca volver a echar cuentas.

Veremos qué sucede a lo largo del año de 2012 y volveré a contarte qué han encontrado y si sabemos un poquito más de nuestro universo o seguimos hechos un lío.

Hasta entonces, cuídate mucho. Recuerdos al abuelo.

Antonio

*PD. Ninguna abuela resultó herida durante la elaboración de este artículo. Si tu abuela es licenciada en física y no necesita que su nieto le explique nada, échale la culpa a Einstein, por basarse en estereotipos caducos e injustos sobre las abuelas.

Ponte a prueba: ¿Cuánto sabes sobre el bosón de Higgs? (Test)

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Fuente:

La Información Ciencia

El LHC descubre su primera partícula

El LHC descubre su primera partícula.

El acelerador de partículas más grande del mundo se ha cobrado su primera pieza oficial desde que comenzó a funcionar a finales de 2009. Un grupo de investigadores de este experimento acaba de anunciar el hallazgo de Chi-b(3P), la primera partícula subatómica nueva descubierta en el Gran Colisionador de Hadrones (LHC). El hallazgo, publicado en arxiv.org, es el aperitivo al gran descubrimiento que persigue esta máquina: el bosón de Higgs, que explicaría el origen de la masa de otras partículas que componen el átomo.

La Chi-b(3P) es una partícula cuya mención "deja helados" incluso a los físicos teóricos especialistas en interpretar los resultados del LHC. En este experimento, se hacen chocar protones a casi la velocidad de la luz dentro de un tubo al vacío de 27 kilómetros. Los protones están hechos de quarks que, al chocar, pueden producir partículas nunca antes observadas. Unas son elementales, es decir, indivisibles, como los quarks. Otras son compuestas, como es el caso de la enrevesada Chi-b(3P), que ha sido detectada y descrita por ATLAS, un equipo de cientos de científicos que analiza las colisiones.

Se trata de una versión "excitada" de una partícula ya observada

La nueva partícula es un bosón y está compuesta por dos quarks. Uno es de materia y el otro de antimateria, es decir, es idéntico pero con carga opuesta. La partícula sobrevive durante un instante unas mil billones de veces más corto que un segundo y después se desintegra. Es tiempo suficiente para que los científicos de ATLAS puedan estudiarla y averiguar más detalles sobre la llamada interacción fuerte, cuyo cometido es mantener unidos los componentes del núcleo atómico.

Al igual que el bosón de Higgs, la existencia de la Chi-b(3P) había sido predicha por los teóricos que construyeron el que, por ahora, es el modelo más convincente para describir el comportamiento de quarks, bosones y el resto de partículas elementales que construyen la materia. En 1975, otro acelerador descubrió dos versiones similares a la Chi-b(3P). El hallazgo actual corresponde a un estado "excitado" de la misma partícula, pero no supone un descubrimiento importante más allá de la anécdota de ser el primero que se hace en el LHC, según Juan García-Bellido, físico teórico de la Universidad Autónoma de Madrid.

"Hasta ahora, los descubrimientos recientes de nuevas partículas los había hecho el Tevatron", detalla García-Bellido. Se trata de un acelerador de partículas de EEUU que durante un tiempo rivalizó con el LHC en la caza del higgs pero que ha sido puesto en dique seco de forma definitiva este año. Esta sería la primera vez que el LHC detecta y confirma una nueva partícula, aunque, en este caso no sea fundamental, sino compuesta.

Ayudará a estudiar las fuerzas que mantienen unido el núcleo del átomo

El verdadero objetivo de la máquina es el bosón de Higgs, la última pieza que queda para confirmar que los modelos teóricos sirven para entender el universo. Hace unas semanas los investigadores de ATLAS y sus rivales de CMS observaron los primeros signos convincentes de la existencia de esta partícula. Los datos no eran suficientes para descartar que lo que parece el higgs sea en realidad un error estadístico. La hora de la verdad se espera para finales de 2012, cuando el LHC tendrá datos suficientes para decidir.

Fuente:

Público Ciencia

Expectación sobre la partícula de Higgs en el acelerador LHC

El descubrimiento está cada vez más cerca, pero aun no parece definitivo, según el anuncio de una conferencia al respecto convocada en el Laboratorio Europeo de Física de Partículas.

Simulación por ordenador de una colisión de protones en el detector CMS en la que se genera el bosón de Higgs en el acelerador LHC.- LUCAS TYLOR / CMS

La caza del bosón de Higgs, objetivo número uno del gran acelerador de partículas LHC, junto a Ginebra, podría estar acercándose al final, y con éxito, aunque los físicos todavía no parece que puedan cantar victoria de modo rotundo y definitivo. El Laboratorio Europeo de Física de Partículas (CERN) ha anunciado una conferencia para el próximo martes en la que los responsables de los dos grandes detectores, Atlas y CMS, presentarán los análisis de los datos obtenidos en los últimos meses de colisiones de partículas en el LHC. Se ha levantado mucha expectación en la comunidad científica al respecto y tanto Atlas como CMS se mantienen herméticos respecto a los resultados que van a presentar, pero muchos esperan que se anuncie que el Higgs está acorralado, aunque no se tengan aún los datos acumulados necesarios para afirmar que ha sido descubierto.

El director del CERN, Rolf Heuer, ha comunicado a todo el personal del CERN que esos nuevos resultados suponen "progresos significativos" en la búsqueda del bosón de Higgs, pero que efectivamente no son suficientes como para afirmar su existencia o descartarla. Son análisis de bastantes más datos que los presentados este verano.

En la conferencia del martes, a primera hora de la tarde, la portavoz de Atlas, Fabiola Gianotti expondrá los últimos resultados de este detector y a continuación lo hará el portavoz de CMS, Guido Tonelli, con el otro. Tras las dos presentaciones, de media hora cada una, en el auditorio central del CERN, habrá otra hora de debate entre los físicos del laboratorio.

El bosón de Higgs está predicho en la teoría de física de partículas pero nunca se ha visto en un experimento y su importancia reside en que permitiría explicar por qué tienen masa las partículas que la tienen, completando el Modelo Estándar que describe las partículas elementales y las interacciones entre ellas. Los especialistas afirman que el LHC es suficientemente potente para descubrirlo o para descartar su existencia. De cualquier modo será un gran descubrimiento.

Fuente:

El Paìs Ciencia

¿Tenía razón Einstein?: dudan que los neutrinos viajen más rápido que la luz

Los neutrinos son disparados bajo los Montes Apeninos hasta el laboratorio Gran Sasso.

Un nuevo informe indica que las partículas subatómicas llamadas neutrinos no pueden desplazarse más rápido que la velocidad de la luz.

Su conclusión pone en tela de juicio el resultado de un experimento efectuado en septiembre cuyas conclusiones, de ser ciertas, socavarían un principio fundamental de la física del último siglo.

El equipo del laboratorio Gran Sasso en Italia dijo que midieron neutrinos más rápidos que la luz enviados desde el Centro Europeo para la Investigación Nuclear (CERN, por sus siglas en inglés) a 730 kilómetros de distancia.

Ahora, en un nuevo informe, un equipo distinto del mismo CERN pone en duda el sorprendente resultado.

El equipo de Icarus, responsable del experimento del mismo nombre, dice que debido a que los neutrinos enviados desde el Cern no parecen haber liberado energía en su camino, no deben haber excedido la velocidad de la luz.

La idea de que nada se puede desplazar más rápido que la velocidad de la luz es un principio central en la física moderna, dando forma entre muchas otras cosas a una parte fundamental de la Teoría de la Relatividad de Albert Einstein.

Dudas científicas

Desde un principio hubo críticos que hablaron de algún tipo de falla en el experimento hecho con la colaboración de Opera (Oscillation Project with Emulsion t-Racking Apparatus), que publicó los primeros asombrosos resultados.

Una de las primeras objeciones con el experimento, cuyos resultados se publicarán formalmente dentro de cinco semanas, apareció en la revista Physical Review Letters, en un artículo en el que aparece como coautor el premio Nobel de Física Sheldon Glashow.

La idea de que nada se puede desplazar más rápido que la velocidad de la luz es un principio central en la física moderna.

El profesor Glashow y Andrew Cohen argumentaron que las partículas que se desplazan más rápidamente que la luz deberían emitir más partículas en su trayectorio, liberando energia hasta disminuir su marcha hasta la velocidad de la luz.

El equipo de Icarus ya midió la propagación de energías en neutrinos, detectada en sus instrumentos subterráneos en el Gran Sasso.

Mostraron en un artículo en el archivo Arxiv que las energías de neutrino que midieron concuerdan con desplazamientos más lentos que la velocidad de la luz.

Con la excepción del documento teórico del profesor Glashow, ninguno de los resultados del equipo Opera o del Icarus han sido revisados por la comunidad científica y publicados formalmente.

Sin embargo, la trascendental naturaleza del descubrimiento ha generado una oleada de artículos o teorías para desafiar o apoyar la idea de que las partículas pueden viajar más rápido que la velocidad de la luz.

Está claro que el tema no quedará resuelto de forma concluyente hasta que otros experimentos en otras partes del mundo efectúen mediciones similares.

Se espera que el experimento Borexino, también en el Gran Sasso, el experimento Minus en EE.UU. y la instalación de Japón T2k publiquen sus resultados de experimentos similares en los próximos meses.

Fuente:

BBC Ciencia

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El bosón de Higgs y sus tres hermanos “difuntos”

Me encantan las ilustraciones de las entradas de Flip Tanedo sobre física de partículas. En esta ocasión nos habla de los cuatro bosones de Higgs del Modelo Estándar y como tres de ellos son comidos por los bosones vectoriales W y Z, que adquieren una masa en reposo enorme, quedando a baja energía solo el cuarto, el que tendría que haber sido comido por el fotón, que está a dieta y no tiene masa en reposo. Cuando se habla de la búsqueda del bosón de Higgs del Modelo Estándar se está hablando de este cuarto Higgs, el único hermano “vivo” de los cuatro. Todas las partículas con masa del Modelo Estándar, como los electrones y los quarks, incluso el cuarto Higgs, adquieren masa por un mecanismo diferente a como adquieren masa los bosones W y Z, por ello no podemos decir en propiedad que “si el fotón está a dieta, el Higgs no lo está, es un caníbal y adquiere masa comiéndose a otros como él.” El LHC del CERN tiene que descubrir este cuarto bosón de Higgs, porque los otros tres bosones de Higgs ya fueron descubiertos en 1983 cuando se descubrieron los bosones W y Z. Todo esto ya lo he contado varias veces en este blog, pero nunca tan bien ilustrado como en esta entrada; no me resisto a contaros una vez más este comecoco (ilustrado con comecocos). Lo dicho, me encanta Flip Tanedo, “Who ate the Higgs?,” Quantum Diaries, October 10th, 2011. Permíteme un resumen/traducción de su entrada, que te recomiendo leer si no te molesta que esté escrita en inglés.

Los bosones vectoriales, como el fotón y los bosones W y Z, están descritos por una función de onda cuántica con tres componentes, dos transversales a la dirección de movimiento (velocidad de la partícula) y una longitudinal (paralela a la velocidad). Las partículas vectoriales sin masa, como el fotón y los gluones, no tienen grado de libertad longitudinal (corresponden a campos que vibran transversalmente al movimiento); si lo tuvieran se propagarían más rápido que la velocidad de luz en el vacío (como ocurre con los fotones y gluones virtuales). La partículas vectoriales con masa, como los bosones W y Z, tienen un grado de libertad (polarización) longitudinal. Este grado de libertad es como una partícula (de espín cero) independiente de los grados de libertad transversales.

La idea del mecanismo de Higgs es que el grado de libertad longitudinal de los bosones W y Z proviene de partículas escalares (de espín cero) que desaparecen en una transición de fase que se produce a cierta energía (o temperatura) crítica. Para dotar de masa a los bosones W ⁺ , W ⁻ ​y Z⁰ se necesitan tres partículas escalares llamadas H ⁺ , H ⁻ y H ⁰. La teoría electrodébil que unifica electromagnetismo e interacción débil requiere que lo que haya para la parte débil también lo haya para el electromagnetismo, así que tiene que existir un h⁰, adicional asociado al fotón (en realidad, los bosones de Higgs vienen a pares (H ⁺, H ⁰) y (H ⁻, h⁰) y corresponden a un doblete de partículas de espín cero cargadas). El grado de libertad asociado a la partícula h⁰ no se consume en la transición de fase electrodébil sino que se preserva a baja energía.

El mecanismo de Higgs permite que todas las partículas del Modelo Estándar adquieran masa mediante su interacción (acoplamiento) con el campo de Higgs, incluso el propio Higgs h⁰ adquiere masa de esta manera. El vacío está ocupado por un campo de Higgs ”congelado” (condensado de Bose-Einstein) y las partículas con masa cuando atraviesan este vacío interaccionan con el campo de Higgs, comportándose como si tuvieran masa. El mecanismo de adquisición de masa de los bosones W y Z es diferente al del resto de las partículas; para marcar la diferencia, los físicos afirman que adquieren masa por interacción con bosones de Goldstone (las partículas H ⁺ , H ⁻ y H ⁰), relegando el nombre de bosón de Higgs solo a la partícula h⁰ (pero en realidad, a alta energía, por encima de la escala de la transición de fase electrodébil, no hay diferencia entre estas cuatro partículas escalares, más allá de sus cargas).

El mecanismo de Higgs tiene múltiples ventajas técnicas desde el punto de vista matemático en una teoría gauge, destacando que es renormalizable a todos los órdenes (no conozco ningún otro mecanismo alternativo para el que esté demostrado que lo sea) y que es genérico para cualquier unificación de campos gauge (cualquier ruptura espontánea de simetrías gauge). Cualquier otro mecanismo dinámico de ruptura de la simetría que explique la transición de fase electrodébil (hay muchísimas propuestas) debe coincidir con todo detalle con el mecanismo de Higgs en la escala de energías de dicha transición de fase (difiriendo solo a energías mucho más altas). Esta coincidencia requiere un ajuste fino de sus parámetros; dependiendo de la teoría concreta el ajuste es más fino o menos fino, pero el principio de la navaja de Ockham prefiere la explicación que no requiere ningún ajuste fino, cuando la hay, y en este caso la hay, es el mecanismo de Higgs. Un parámetro de este tipo es el parámetro rho de Veltman (1980), exactamente la unidad en el mecanismo de Higgs (a primer orden en la teoría de perturbaciones), pero que difiere de ella en teorías alternativas. Otro parámetro es el introducido por los mexicanos Diaz-Cruz y Lopez-Falcon, también igual a la unidad en el mecanismo de Higgs pero que difiere de ella en otras teorías.

Muchos me preguntan, por qué crees que el Higgs existe y será encontrado el año próximo. En mi opinión, la teoría más sencilla que está de acuerdo con los experimentos es correcta hasta que se demuestre lo contrario (que deje de estar de acuerdo con los experimentos). Se han encontrado ya tres bosones de Higgs (muchas propiedades de los bosones W y Z coinciden exactamente con las predichas por la teoría electrodébil que incorpora el mecanismo de Higgs sin ningún ajuste fino de parámetros, como requieren las teorías alternativas) y las estimaciones teóricas apuntan a que el bosón de Higgs se esconde donde todavía no hemos podido encontrarlo, pues los experimentos aún no tienen la sensibilidad suficiente para descubrirlo. Por qué dudar entonces de la existencia del Higgs.

He de confesar que sería maravilloso para la física de partículas que el Higgs no existiera. El mecanismo de Higgs es una teoría fenomenológica y no explica el porqué ocurre la transición de fase electrodébil. Otras teorías dinámicas para la ruptura de la simetría electrodébil proponen una explicación a esta transición de fase, además de la existencia de nuevas partículas y/o nuevas leyes físicas que aún no han sido descubiertas. Para la mayoría de los físicos sería maravilloso que el Modelo Estándar fuera destronado tras solo 40 años de vida debido a la ausencia de su última predicción, la existencia del bosón de Higgs. ¡Hay tantas cosas del Modelo Estándar que aún desconocemos! En mi opinión solo un conocimiento muy íntimo del Modelo Estándar permitirá descubrir indicios sobre la teoría que lo sustituirá. Primero habrá que confirmarlo con todo detalle y después podremos aspirar a destronarlo. Sería maravilloso que el LHC del CERN no encontrara ningún indicio del Higgs el próximo año, pero en mi opinión, la utopía de la nueva física todavía tendrá que esperar unas décadas.

Fuente:

Francis Science News