Bosón de Higgs

Peter Higgs: “No soy creyente, pero la ciencia y la religión pueden ser compatibles”

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1aaaEn la Facultad de Física de la Universidad de Edimburgo se conserva como una reliquia una pizarra en la que Peter Higgs escribió la fórmula original con la que propuso en 1964 la existencia del bosón que lleva su nombre. Tras una placa de metacrilato se preservan los garabatos (indescifrables para el común de los mortales) con los que el científico inglés lanzó por primera vez su teoría del ‘cemento’ que une los ladrillos subatómicos de la materia. Casi medio siglo después, el gran acelerador de partículas LHC del CERN, en Ginebra, le ha dado la razón este año, catapultando a este humilde sabio de 83 años al olimpo de la ciencia y la fama mundial. De hecho, la revista Science acaba de conceder al bosón de Higgs su título de hallazgo del año. Al humilde profesor Higgs el descubrimiento del bosón le ha cambiado la vida por completo. Desde todos los rincones del planeta le llueven peticiones para conceder entrevistas e inaugurar calles, laboratorios, colegios o bibliotecas que llevan su nombre. De hecho, su buzón de correo electrónico es tan ingobernable que un equipo de cinco personas se ocupa de gestionarlo en la Universidad de Edimburgo. Incluso ya existe una cerveza, elaborada en Barcelona, bautizada en su honor: el Higgs Boson Ale.
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“Espero que la nueva partícula no sea el bosón de Higgs del modelo estándar”

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Organización Europea para la Investigación Nuclear conocida como CERN.

La nueva partícula descubierta en el CERN podría no ser exactamente el bosón de Higgs que esperaban ver los científicos, pero esto no supondría una decepción, al contrario: sería “revolucionario para la física”. Es lo que desea Joe Incandela, el portavoz del experimento CMS del Laboratorio Europeo de Física de Partículas. El científico explica a SINC cómo ha vivido el descubrimiento y las emocionantes alternativas que se presentan ahora.
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Hallado un candidato perfecto para ser el bosón de Higgs.

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El físico británico Peter Higgs felicita a la portavoz del experimento ATLAS, Fabiola Gianotti.

Creo que lo tenemos, ¿estáis de acuerdo?”. Rolf-Dieter Heuer, director del CERN, se dirigía así esta mañana a un auditorio de físicos implicados en la caza del bosón de Higgs, la escurridiza partícula que explica por qué tienen masa la mayoría de las demás. El propio Peter Higgs, el físico de 83 años al que el bosón debe su nombre, estaba presente en la conferencia que el CERN ha preparado esta mañana en su sede cerca de Ginebra para lanzar el anuncio más esperado de las últimas semanas.

Los gigantescos detectores ATLAS y CMS del Gran Colisionador de Hadrones (LHC) del CERN han observado una partícula desconocida hasta ahora que con mucha probabilidad se corresponde con el bosón de Higgs. Así lo han confirmado hoy los responsables de los dos experimentos, en conexión directa con los científicos de la mayor conferencia anual sobre física de partículas, ICHEP2012, que se celebra en Melbourne (Australia).

Rolf-Dieter Heuer, director del CERN.

“Hemos observado señales claras de una nueva partícula en el nivel de 5 sigma en la región de la masa alrededor de 126 gigaelectronvoltios (GeV)”, ha subrayado Fabiola Gianotti, la portavoz del experimento ATLAS. El valor 5 sigma significa tener una confianza del 99,99994%, y es el nivel aceptado por la comunidad científica para confirmar el descubrimiento de una partícula.

Aun así, “se necesita un poco más de tiempo para preparar estos resultados para su publicación”, ha reconocido la investigadora.

Gianotti, en medio de la euforia de los físicos, ha pedido serenidad a sus colegas: “Por favor, teóricos de partículas: sean pacientes, queda mucho trabajo por hacer”, ha pedido entre risas. La italiana ha manifestado sentirse muy orgullosa por la cantidad de jóvenes científicos que trabajan en ATLAS.

Por su parte, el portavoz del experimento CMS, Joe Incandela, también ha destacado: “Los resultados son preliminares, pero es espectacular la señal de 5 sigma [aunque en su presentación ha indicado 4,9] en alrededor de 125 GeV que estamos viendo. Esto de hecho es una nueva partícula. Sabemos que debe ser un bosón y es el más pesado que se ha encontrado”.

Gran Colisionador de Hadrones (LHC) del CERN.

“Las implicaciones son muy importantes y es precisamente por esta razón que debemos ser muy diligentes en todos nuestros estudios y realizar comprobaciones cruzadas”, ha declarado Incandela.

“Es difícil no emocionarse con estos resultados”, dice el director de investigación del CERN, Sergio Bertolucci. “Dijimos que en 2012 encontraríamos un nuevo tipo de partícula como higgs o excluir la existencia de un modelo estándar con higgs. Con toda la prudencia necesaria, me parece que estamos en un punto de bifurcación: la observación de esta partícula nueva indica el camino para el futuro hacia una comprensión más detallada de lo que estamos viendo en los datos”.

Resultados preliminares

Los resultados presentados hoy se consideran preliminares, según el CERN. Se basan en datos recogidos este año y el pasado, con la información de 2012 aún bajo análisis. La publicación de los análisis que se han mostrado esta mañana se esperan para finales de julio. Una imagen más completa de las observaciones de hoy saldrá a finales de este año después de que el LHC proporcione más datos a los experimentos.

Joe Incandela, portavoz del experimento CMS.

El siguiente paso será determinar la naturaleza exacta de la partícula recién descubierta y su importancia para nuestra comprensión del universo. ¿Coinciden sus propiedades con las esperadas para el bosón de Higgs, la última pieza del denominado modelo estándar de física de partículas, o se tratará de una versión más exótica de la esperada?

El modelo estándar describe las partículas elementales a partir de las cuales todos los objetos visibles del universo -incluidos nosotros- estamos hechos, así como las fuerzas que actúan entre ellas. Sin embargo toda la materia observable parece ser no más de un 4% del total. Una versión más ‘exótica’ de la partícula de Higgs podría ser un puente hacia la comprensión del 96% restante que permanece en ‘la oscuridad’.

En cualquier caso, el director general del CERN, Rolf Heuer, ha destacado que se ha alcanzado “un hito en nuestra comprensión de la naturaleza”. “El descubrimiento de una partícula en consonancia con el bosón de Higgs abre el camino a estudios más detallados, lo que requerirá mayores estadísticas, que concretarán las propiedades de la partícula y es probable que arrojen luz sobre otros misterios del universo”.

El físico británico Peter Higgs postuló en los años 60 del siglo XX un mecanismo que se conoce como el ‘campo de Higgs’, una especie de continuo que se extiende por todo el espacio repleto de los bosones bautizados con su apellido. A su entrada, Higgs ha recibido una gran ovación y después de la presentación de los resultados, visiblemente emocionado, ha declarado: “Esto es lo más increíble que me ha pasado en la vida”. También ha recordado a su colega Robert Brout, fallecido en 2011, que fue uno de los seis autores de los artículos sobre la ruptura de la simetría que predijeron la existencia del escurridizo bosón, publicados en 1964 en Physical Review Letters.

Casi todo lo que desearía saber sobre la partícula divina.

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Después de buscarlo durante más de 45 años, el bosón de Higgs está más cerca que nunca. Y, con él, dicen, las respuestas a muchas de las preguntas pendientes sobre la formación del Universo.Por eso lo llaman “la partícula divina”. Este miércoles, los científicos del Centro Europeo de Investigación Nuclear (CERN, por sus siglas en francés) anunciaron haber hallado la más “sólida evidencia de su existencia”. Pero, ¿qué es exactamente el bosón de Higgs? Y, ¿por qué los físicos llevan más de 40 años tras él?

¿Qué se anunció este miércoles?

Los científicos del CERN anunciaron el descubrimiento de una nueva partícula coherente con el bosón de Higgs. Los dos equipos que investigan la partícula aseguraron haber obtenido un “golpe” en sus datos que correspondería a una partícula con un peso de entre 125 y126 gigaelectronvoltios (GeV), unas 130 veces superior al de un protón.

“Los resultados son preliminares, pero la señal 5 sigma a unos 125 GeV que hemos visto es crucial. Es realmente una nueva partícula”, señaló Joe Incandela, vocero del CERN.

Centro Europeo de Investigación Nuclear (CERN, por sus siglas en francés)

¿Cuál es la importancia de este descubrimiento?

Este anuncio es, en palabras de los científicos del CERN, la “más sólida evidencia de la existencia de la partícula de Higgs”. De momento, lo que se sabe con certeza es que se ha descubierto una nueva partícula que encaja en lo que se esperaba del bosón de Higgs. Sin embargo, indican, si ésa es la partícula divina o una partícula más compleja es algo que no se sabe aún. Una confirmación sería uno de los mayores descubrimientos científicos del siglo. El posible hallazgo del bosón de Higgs fue comparada por algunos físicos con el programa Apollo que llegó a la Luna en los 60.

Peter Higgses un físico inglés conocido por su proposición en los años 60 de la ruptura de la simetría en la teoría electrodébil, explicando el origen de la masa de las partículas elementales en general.

Pero, ¿qué es el bosón de Higgs?

De forma completamente segura –al menos hasta que se confirmen los descubrimientos anunciados esta miércoles por el CERN- sólo existe en la mente de los físicos teóricos. Por ahora existe una teoría casi completa sobre cómo funciona el Universo en un sentido amplio: desde las partículas que componen los átomos y las moléculas de la materia que vemos hasta las más extrañas. Esa teoría se llama Modelo Estándar. Sin embargo, hay un enorme agujero en ella: no explica por qué las partículas tienen masa. El mecanismo de Higgs –una explicación para justificar ese hueco en la teoría- fue propuesto por seis físicos en 1964, entre ellos el británico Peter Higgs.

¿Qué es un bosón?

Un bosón es uno de los dos tipos básicos de partículas elementales de la naturaleza (el otro tipo son los fermiones). La denominación “bosón” fue dada en honor al físico indio Satyendra Nath Bose.

¿Por qué importa?

El bosón de Higgs es la pieza que falta para comprender el funcionamiento de la masa y, por extensión, la forma cómo se cimenta el Universo. La masa es, dicho de un modo sencillo, la medida de la materia que contiene algo: una partícula, una molécula o una vaca. Si no fueran masa, todas las partículas fundamentales que componen los átomos y las vacas se desvanecerían a la velocidad de la luz y el Universo tal como lo conocemos no habría podido constituirse en materia. El mecanismo de Higgs propone que existe un campo que atraviesa el Universo –el campo de Higgs- que permite a las partículas obtener su masa. La interacción con ese campo –con los bosones de Higgs que salen de él- otorgaría masa a las partículas.

El modelo estándar y el bosón de Higgs.

¿Cómo buscan los científicos el bosón de Higgs?

Irónicamente, el Modelo Estándar no predice la masa exacta del bosón de Higgs. Los aceleradores de partículas como el del CERN, situado entre Francia y Suiza, intentan buscar la partícula de forma sistemática en una serie de rangos de masa en los que podría situarse. El acelerador funciona haciendo colisionar dos chorros de partículas subatómicas –protones- a una velocidad cercana a la de la luz. Eso genera una enorme lluvia de partículas que sólo pueden crearse con altas energías. Los científicos del CERN han esperado largamente que el bosón de Higgs aparezca en algún momento en la maraña de esa lluvia de partículas. Si se comportara como los investigadores creen que debería hacerlo, podría descomponerse entre las demás, pero dejaría un rastro que probaría su existencia.

Pero esta no es la primera máquina en intentar cazar la partícula. La máquina del LEP (Gran Colisionador de Electrones Positrones, por sus siglas en inglés) funcionó entre 1989 y 2000 y descartó que la partícula de Higgs se encontrara en un rango determinado de masa. El acelerador Tevatron, en Estados Unidos, siguió buscando la partícula por encima de ese límite antes de que lo desconectaran este año. Los datos generados por ese aparato aún se están analizando y podrían ayudar a confirmar o descartar la existencia de la partícula. El Gran Colisionador de Hadrones del CERN –el acelerador de partículas más poderoso- es el experimento más potente que podría arrojar luz en la caza de la partícula de Higgs.

El Gran Colisionador de Hadrones del CERN , el acelerador de partículas más poderoso del mundo.

¿Cuándo sabremos si encontraron la partícula de Higgs?

Como con el resto de partículas físicas, este es un punto delicado. El bosón de Higgs podría aparecer en un rango de masas concreto y algunas señales –una especie de “golpe” en los datos como el anunciado este miércoles- podrían indicar que se encuentra ahí, entre el resto de partículas. Asegurarse de que ese “golpe” se debe realmente a la partícula de Higgs es otra cuestión. Si se lanza una moneda 10 veces y ocho veces sale cara, podríamos pensar que la moneda está trucada. Pero eso sólo se puede afirmar con cierta seguridad después de haberla lanzado varios cientos de veces. Lo mismo sucede con los científicos antes de que anuncien un “descubrimiento” formal. Necesitan haberlo comprobado repetidas veces.

¿Cómo sabemos que la partícula de Higgs existe?

Hablando con rigor, no lo sabemos, y eso es lo que hace tan emocionante el trabajo del Gran Colisionador de Hadrones.
Simplificando, la teoría predice un “Modelo Estándar de Higgs”, que es el principal hilo conductor de la investigación actual. Pero la historia ha demostrado que las predicciones teóricas pueden equivocarse y la ausencia de la partícula de Higgs podría sugerir que se encuentra en niveles de energía diferentes, que se descompone en otras partículas o, quizá, que no existe.

¿Qué pasaría si no la encontramos?

Los físicos más estrictos dirían que encontrar una partícula de Higgs que cumpliera de forma exacta la teoría actual, sería una decepción. Proyectos a gran escala como el Gran Colisionador de Hadrones fueron construidos para ampliar el conocimiento. En ese sentido, confirmar la existencia de Higgs justo donde se espera –aunque sería un triunfo para nuestro entendimiento de la física- sería mucho menos excitante que no encontrarla. Si estudios futuros confirman definitivamente que Higgs no existe, la mayor parte del Modelo Estándar debería ser revisada. Eso lanzaría nuevas líneas de investigación que podrían revolucionar nuestro conocimiento sobre el Universo de una manera similar a como lo hicieron las ideas de la física cuántica hace un siglo.

Fuente: Redacción BBC

Los últimos datos del bosón de Higgs se presentarán en el CERN el 4 de julio.

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Los científicos de los experimentos ATLAS y CMS del Gran Colisionador de Hadrones o LHC presentarán el próximo 4 de julio sus últimos resultados sobre el bosón de Higgs, la enigmática partícula que explicaría cómo obtienen masa las demás. La cita es el Laboratorio Europeo de Física de Partículas de Ginebra y coincide con el inicio en Australia de la mayor conferencia sobre física de altas energías. Los experimentos ATLAS y CMS presentarán a las 09h00 del próximo 4 de julio, durante un seminario científico en la sede del Laboratorio Europeo de Física de Partículas (CERN) de Ginebra, sus últimos resultados en la búsqueda del bosón de Higgs. Se trata de la última pieza que falta por descubrir en el modelo estándar de física de partículas que explicaría cómo obtienen masa las partículas elementales.

Los experimentos han estado tomando datos hasta el lunes 18 de junio para acumular la máxima estadística posible antes de la mayor conferencia del año sobre física de altas energía, la ICHEP 2012 que se celebra en Melbourne (Australia) del 4 al 11 de julio. ATLAS y CMS mostrarán allí todos sus resultados preliminares.

Steve Myers, director de Aceleradores y Tecnología del CERN.

Según Steve Myers, director de Aceleradores y Tecnología del CERN, la toma de datos para la ICHEP concluyó después de un exitoso primer periodo de funcionamiento del LHC durante 2012. Este año, el funcionamiento del LHC estaba diseñado para ofrecer la máxima cantidad posible de datos a los experimentos antes de la conferencia ICHEP. Con más datos obtenidos entre abril y junio de 2012 que en todo 2011, la estrategia ha sido un éxito.

Además, los experimentos han estado refinando sus técnicas de análisis para mejorar su eficiencia en la selección de colisiones como las que producirían el bosón de Higgs de las millones que se producen cada segundo. Esto quiere decir que su sensibilidad a nuevos fenómenos físicos se ha incrementado significativamente durante estos dos años de recogida de datos.

El manejo de toda esta información se ha realizado por la red mundial de computación GRID del LHC, que ha superado sus especificaciones de diseño para procesar este volumen de datos y computación sin precedentes. “Tenemos el doble de datos que el año pasado”, dice el director de Investigación y Computación del CERN, Sergio Bertolucci, “que debería ser suficiente para ver si los indicios que vimos en 2011 están aún ahí o no”.

Sergio Bertolucci, el director de Investigación y Computación del CERN.

Si se descubre una nueva partícula como el bosón de Higgs, ATLAS y CMS necesitarán tiempo para asegurar si se trata del ansiado bosón de Higgs, el último ingrediente que falta para completar el Modelo Estándar de Física de Partículas, o si se trata de una forma más exótica de esta partícula que pudiera abrir la puerta a ‘nueva física’.

El ‘modelo estándar de física de partículas’ ofrece una imagen extraordinariamente precisa de la materia que conforma el universo visible y las fuerzas que gobiernan su comportamiento, pero hay buenas razones para creer que este no es el final de la historia. Los científicos consideran que el universo visible es sólo el 4% de lo que parece existir ahí fuera.

Un átomo de Helio 4 según el modelo estándar, se muestra de color rojo las interacciones electromagnéticas y de color naranja las Fuertes.

Los físicos de todo el mundo reunidos en la conferencia ICHEP de Melbourne podrán seguir el seminario en directo por webcast. Tras el seminario científico habrá una rueda de prensa en el CERN, también disponible por webcast, acompañada por interpretaciones en un lenguaje sencillo por físicos accesibles también en blogs y chats desde la web.

En la construcción, operación y análisis de los datos del LHC hay una importante participación española, que se promueve de forma coordinada desde el Centro Nacional de Física de Partículas, Astropartículas y Nuclear (CPAN), proyecto Consolider-Ingenio 2010 cuyos principales objetivos son la promoción y coordinación científica de la participación española en proyectos internacionales, el desarrollo de actividades comunes de I+D y la formación e incorporación a los grupos de nuevos investigadores y técnicos. El CPAN pretende consolidar estas actuaciones mediante la constitución de un centro en red de carácter permanente, análogo a los existentes en otros países de nuestro entorno.

Centro Nacional de Física de Partículas, Astropartículas y Nuclear (CPAN)

Los científicos acorralan al bosón de Higgs.

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Simulación del bosón de Higgs. Imagen: CERN/CPAN.

Si existe el esquivo bosón de Higgs, una partícula que los científicos se afanan en descubrir para completar el Modelo Estándar de Física de Partículas, su rango de masas está entre unos 115 y 130 gigaelectronvoltios (GeV). Esto supone un avance “significativo” en la búsqueda, según los investigadores de los experimentos CMS y ATLAS que hoy han presentado los datos en la sede de la Organización Europea para la Investigación Nuclear (CERN). La comunidad científica confía en que a finales de 2012 quede aclarado si existe o no el bosón de Higgs.

“Las colaboraciones ATLAS y CMS (los dos mayores experimentos del Gran Colisionador de Hadrones o LHC) han conseguido excluir con los datos coleccionados en 2011 masas del Higgs en el modelo estándar por encima de unos 127 GeV, lo cual representa un gran avance en esta búsqueda”, explica a SINC Juan Alcaraz, investigador principal del CIEMAT en el CMS.
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El Tevatron estrecha el cerco al bosón de Higgs con técnicas diferentes a las del LHC.

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El detector CDF en el acelerador Tevatron. Imagen: FERMILAB.

El acelerador de partículas Tevatron (EEUU) ha observado indicios del escurridizo bosón de Higgs consistentes con los que ya había encontrado el Gran Colisionador de Hadrones (LHC), pero con técnicas distintas. Las señales del Higgs se encuentran entre los 115 y 135 gigaelectronvoltios (GeV). Investigadores del Instituto de Física de Cantabria, la Universidad de Oviedo, el Instituto de Física de Altas Energías de Barcelona y el CIEMAT participan en estos análisis, presentados hoy en la conferencia anual de Moriond (Italia).

Los experimentos del acelerador de partículas estadounidense Tevatron, cerrado en septiembre de 2011, muestran sus resultados más recientes en la búsqueda de la partícula que originaría la masa del resto de partículas fundamentales: el bosón de Higgs. La investigación, en la que han participado diveras instituciones españolas (Instituto de Física de Cantabria, Universidad de Oviedo, Instituto de Física de Altas Energías de Barcelona y el CIEMAT) se han presentado hoy en la conferencia anual de Moriond, en Italia.
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