EDITORIAL

Descubrimiento del bosón de Higgs, el hito científico del 2012

La comunidad científica mundial vivió un día histórico en el año 2012, cuando el 4 de julio el Centro Europeo de Física de Partículas (CERN) anunciaba el descubrimiento de una nueva partícula elemental que podría corresponder al bosón de Higgs, un paso importante en el esfuerzo de proveer explicación coherente de la estructura de la materia y sus propiedades en un nivel fundamental nunca alcanzado hasta ahora. Este hallazgo fue realizado en el mayor y más energético acelerador de partículas del CERN, el Gran Colisionador de Hadrones (LHC), que consiste en un anillo de 27 km donde dos haces de partículas (protones) de altas energías que se desplazan en direcciones opuestas por tubos separados (con vacio de alto grado), son guiados alrededor del anillo por poderosos campos magnéticos producidos por electromagnetos superconductores y posteriormente se los hace colisionar a velocidades próximas a la de la luz.

A comienzos de la década del sesenta el físico inglés Peter Higgs y otros ya habían postulado un mecanismo teórico, conocido hoy como el mecanismo de Higgs, que explicaría el origen de la masa del electrón y de varias otras partículas elementales. En la naturaleza, las partículas elementales son clasificadas como partículas de materia (fermiones) y partículas de campo (bosones). Estas últimas son ondas de energía cuantizada que cumplen el rol de intermediarios durante la interacción de dos o más partículas de materia. Considere los fenómenos electromagnéticos que incluyen materia cargada y un campo constituido por los fotones (las partículas del campo electromagnético). Las cargas no interactúan directamente entre ellas, sino interac- túan con los fotones del campo electromagnético que las rodea dando lugar de ese modo a la manifestación de una fuerza de repulsión o atracción sobre dicha carga. El mencionado mecanismo de Higgs quedó incorporado en el Modelo Estándar de Partículas (MEP) convirtiéndose en la única teoría que describe exitosamente las propiedades de las partículas elementales y sus interacciones. Una excepción constituye la masa de las partículas que en el Modelo Estándar aparece como un parámetro libre y su valor puede ser determinado solo experimentalmente.

El mecanismo de Higgs requiere y postula la existencia de un campo, hoy conocido como el campo de Higgs, que tendría al bosón de Higgs como su partícula de campo. El campo de Higgs permearía todo el espacio y algunas partículas podrían interactuar con este campo mientras otras no serian afectadas por su presencia. En analogía con las partículas que “sienten” el campo electromagnético y que son atribuidas una propiedad llamada carga, las partículas que “sienten” la presencia del campo de Higgs, como es el caso del electrón, son atribuidas una propiedad llamada masa. Aquí radicaría la importancia fundamental del bosón de Higgs o, para ser más preciso, del campo de Higgs, porque está directamente asociado con un mecanismo que explicaría la generación de las masas de varias partículas elementales y como tal, su relevancia para explicar la estructura y estabilidad de la materia.

Los dos experimentos del CERN que están enfocando este tema, el experimento ATLAS (Aparato Toroidal LHC) y el experimento CMS (Solenoide Compacto para Muón), han realizado el descubrimiento trabajando en forma independiente, lo que supone no que no es necesaria una confirmación posterior. Como la vida media de los bosones de Higgs es muy corta, su detección se basa en la observación de las partículas que aparecen como productos de su desintegración y no del Higgs mismo. Los resultados obtenidos hasta ahora respecto al espín y la paridad, cero y par, aunque con algunas fluctuaciones y limitados en estadística, son consistentes con los bosones de Higgs del Modelo Estándar de Partículas. Sin embargo, surge la pregunta de si este es el Higgs del Modelo Estándar o solamente uno de los más ligeros bosones previstos en otras teorías que van más allá de este modelo. Uno de estos es el Supersimétrico, y si se confirma su validez tendremos no solo uno sino al menos cinco bosones de Higgs.

Para contestar estas cuestiones se necesitan más datos del LHC, así como mayor tiempo para estudiar y analizar los datos existentes. Los dos equipos de experimentos aún necesitan determinar las propiedades cuánticas y la forma en que interactúan con otras partículas. Una respuesta definitiva se podría tener cuando el LHC reanude su funcionamiento en el año 2015, colectando datos ya con una mayor energía.

Además de la importancia fundamental explicada más arriba, ¿cuales serian los beneficios directos a la sociedad de este descubrimiento? Esta partícula seria esencial en la historia del universo y para la vida, porque si no existiera este bosón muchas partículas no tendrían masa y viajarían a la velocidad de la luz como la radiación, y el universo presentaría una estructura diferente. Con el descubrimiento del bosón de Higgs estaríamos conociendo mas sobre el universo y sobre el comportamiento de la materia, lo que posibilitará avanzar en las diferentes aplicaciones, como en el campo de la medicina, la producción y a la industria.

Prof. Ing. Tomás Rolón

Prof. M. Sc. Silvio Báez

Dpto de Física - FACEN