• El docente Mario Vélez, del Departamento de Ciencias Básicas de EAFIT, explica algunos conceptos relacionados con el posible descubrimiento del bosón de Higgs.
• En opinión del académico, el probable hallazgo, que se refiere a aquello que dota de masa a las partículas, supone la apertura de nuevos caminos de investigación.Del tema no se hablará solo por estos días. El hallazgo, que se hizo público el 4 de julio, puso a lo que se denomina como la Partícula de Dios o bosón de Higgs en el centro de la agenda informativa mundial. Durante años y décadas la ciencia hará referencia a este descubrimiento, aunque, como se ha explicado por parte de los investigadores, todavía falta determinar algunas propiedades de lo que se encontró en los laboratorios.
En ese sentido, el físico Mario Elkin Vélez Ruiz, docente del Departamento de Ciencias Básicas de EAFIT, responde a unas inquietudes que surgen a partir de este hallazgo, del que comparte que se le califique como trascendental e importante, pues, en su opinión, corrobora la predicción de Higgs y de su mecanismo. Además, en sus palabras, permite el desarrollo de nuevas tecnologías y protocolos derivados de los experimentos realizados.
Y al preguntársele por si el hallazgo, como se ha referenciado en el mundo científico, es uno de los ladrillos del Universo responde que, justamente, es desde el mecanismo de Higgs que se puede dotar con masa a las partículas y, a partir de estas y de sus múltiples interacciones, construir otras más pesadas, con lo que es posible cimentar los núcleos de los átomos y luego los átomos mismos, las moléculas, las redes cristalinas y los diferentes materiales que constituyen el Universo entero.
Pero, ¿qué hace Dios en este cuento? El profesor eafitense destaca que la “Partícula de Dios” es un término acuñado en un libro de divulgación científica de Leo Lederman y Dick Tereside en 2007, en el que, en palabras de los autores sobre el bosón de Higgs, se dice: “Tan fundamental para la física de nuestros días, tan crucial para el conocimiento final de la estructura de la materia y, sin embargo, tan esquiva”.
Y sobre esa partícula esquiva responde este académico de la Universidad.
¿Por qué se cree que la partícula descubierta en los aceleradores corresponde a la que se conoce como la “partícula de Dios”?
Estas respuestas tienen sentido solo en el contexto de la física de partículas elementales (física de altas energías), concretamente dentro del denominado Modelo Estándar. Esa teoría da cuenta de la unificación de tres de las cuatro interacciones conocidas hasta hoy. Esta ha logrado unificar las interacciones electromagnéticas y las nucleares, tanto débil como fuerte, en un modelo cuántico completamente relativista. La interacción gravitacional se resiste aún a esa unificación.
El Modelo Estándar -teoría cuántica de campos que ha sido desarrollada a partir los años 70, con la que Steven Weinberg, Sheldon L. Glashow y Abdus Salam ganaron el Premio Nobel en 1979- aún hoy sorprende a la comunidad científica mundial y muy seguramente a largo plazo logrará impactar a la sociedad en general.
Ese modelo reúne dos grandes teorías, la electrodébil y la cromodinámica cuántica, que logra una descripción satisfactoria de todas las interacciones entre las partículas elementales conocidas experimentalmente. En el Modelo Estándar se reconocen las partículas de materia, las mediadoras de las interacciones -aunque estas pueden tener o no masa- y el bosón de Higgs. Este último es el que ha dado tanto de que hablar.
En cuanto al descubrimiento, dentro del Modelo Estándar existe un procedimiento denominado Mecanismo de Higgs, propuesto por Peter Higgs en 1964. En ese mecanismo hay una violación de la simetría en cuestión, luego de que el campo Higgs resulta acoplado con otros campos después de la ruptura. Ese acople se interpreta como una interacción y, a partir de esta, es posible determinar la masa de la partícula con la que se acopla.
El Modelo Estándar no da un valor teórico de la masa del Higgs -en principio pudiera ser cualquiera- pero sí da una cota superior de un valor entre 140 y 650 Gev/c2 y otra inferior de un valor entre 85 y 130 Gev/c2.
De poderse hallar el Higgs, el valor de su masa debería ser consistente con esos valores. El experimento recientemente realizado en la Organización Europea para la Investigación Nuclear (Cern), específicamente en el Large Hadron Collider (LHC) en los detectores de partículas Atlas Y CMS arrojaron una medida para la masa del bosón de Higgs de 125-126 Gev/c2 y con un tiempo de vida media de 10-22s.
Ese valor está de acuerdo con lo predicho por el modelo dentro de un nivel de confianza del 95 por ciento, razón por la que se cree que justamente es la partícula que se buscaba.
¿Es esta partícula lo que produce lo que se conoce como masa?
Dentro del Modelo Estándar, el bosón de Higgs, mediante el Mecanismo de Higgs, es el encargado de explicar el origen de la masa de las partículas elementales, así como de explicar las diferencias entre los mediadores de las interacciones electromagnéticas -el fotón-, el que no tiene masa y los mediadores de las interacciones débiles -los bosones W y Z-, los que adquieren masa por este mecanismo.
Dado que la materia que conocemos está hecha con las partículas elementales y sus relaciones con los mediadores de las interacciones -además del bosón de Higgs que se describen en el Modelo Estándar- es muy plausible suponer que el Higgs es el responsable del mecanismo mediante el que se explica la masa del cuatro por ciento de la materia conocida del Universo.
¿Cuál es la razón también por lo que se le conoce como el bosón Higgs?
En 1964 Peter Higgs propuso una forma en la que era posible que las partículas adquirieran masa. Su propuesta estaba basada en el rompimiento espontáneo de la simetría en la teoría BCS de la superconductividad. El término de Mecanismo de Higgs fue acuñado por Gerardus ‘t Hooft en 1971, quien fue premio Nobel de Física en 1999. Aunque el mecanismo fue propuesto en la misma época por otros científicos, la denominación Higgs cobró mayor vigencia y relevancia.
En la Mecánica Cuántica existe un célebre teorema denominado Teorema Espín y Estadística, en el que se asigna una estadística particular dependiendo del espín de la partícula en cuestión. El espín es una propiedad que no tiene análogo clásico. Si el espín es un número entero la estadística se llama de Bose-Einstein y las partículas que describen esa estadística se llaman bosones. Si el espín es un número semientero la estadística se llama de Fermi-Dirac y las partículas que describen esa estadística se llaman Fermiones. Dado que la partícula de Higgs tiene espín cero se le denomina bosón.
En algunos portales informativos se habla que esta noticia supone una nueva física, una nueva manera de comprender el Universo y la naturaleza. ¿Es esto cierto?
No es cierto. El Modelo Estándar fue desarrollado desde la década de 1970, muchas de sus predicciones han sido corroboradas y el descubrimiento del Higgs le da un espaldarazo aún mayor, aunque quedan muchos interrogantes en el modelo que habrá que resolver.
Tal vez lo que suponen los portales sea que se abren nuevos caminos de investigación en la búsqueda de nuevas propiedades del Higgs y depurar mucho más el mecanismo, puesto que si bien es correcta la forma en la que las partículas adquieren masa, aún no se sabe interpretar, por ejemplo, las diferencias tan grandes entre estas.
Se habla, además, que es parte de la explicación de un amplio porcentaje del Universo que permanece oscuro. ¿Por qué?
Una pequeña porción de materia es la que conocemos de forma ordinaria, es la materia de La Tierra, de los planetas, del Sol y de las estrellas. El otro amplio porcentaje es la materia oscura, de la que se conoce muy poco. El hallazgo de Higgs podría dar nuevos elementos, permitiría nuevas ideas y propuestas teóricas para el entendimiento de la materia oscura.
¿Qué tan trascendental e importante es llegar a este descubrimiento?
Lo es y bastante, ya que corrobora la predicción del Higgs y de su mecanismo. Confirma la validez del Modelo Estándar, da confianza en la búsqueda de nuevos fenómenos e interpretaciones del mundo subnuclear. Permite el desarrollo de nuevas tecnologías y protocolos derivados de los experimentos realizados, así como el desarrollo de nuevas tecnologías derivadas del conocimiento mismo de los fenómenos involucrados.
Mayores informesJuan Carlos Luján SáenzÁrea de Información y Prensa EAFITTeléfono: 574 2619500 Ext. 9931Correo electrónico:
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