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El bosón de Higgs. Parte 1: Qué es y por qué es importante
Vayamos al grano: desde el 4 de julio de 2012, el bosón de Higgs es la última pieza básica del modelo estándar
de la física de partículas que se ha descubierto experimentalmente. "Pero", te preguntarás,
"¿por qué se ha incluido el bosón de Higgs en el modelo estándar, junto a partículas tan conocidas
como los electrones, los fotones y los quarks, si no se descubrió en la década de los 70?"
Buena pregunta. Hay dos razones de peso:
Primero, igual que el electrón es una excitación del campo de electrones, el bosón de Higgs es simplemente
una partícula que es una excitación del campo de Higgs, que permea todo el universo.
El campo de Higgs, a su vez, desempeña un papel fundamental en nuestro modelo de la desintegración nuclear, llamada
fuerza nuclear débil (en particular, el campo de Higgs ayuda a explicar por qué es tan débil).
Veremos más sobre esto en otro vídeo posterior pero, aunque la teoría de la fuerza débil se confirmó
en los años 80, en las ecuaciones el campo de Higgs aparece tan entremezclado con la fuerza débil
que, hasta ahora, no habíamos sido capaces de confirmar su existencia real e independiente.
La segunda razón para incluir al Higgs en el modelo estándar es ese lío
de que el campo de Higgs es el que les da la masa a todas las demás partículas. Pero, ¿por qué necesitan las cosas
que les "den" la masa? ¿Acaso no es la masa una propiedad intrínseca de la materia, como la carga eléctrica?
Pues, en física de partículas... no. Recuerda que, en el modelo estándar, primero
escribíamos una "lista de ingredientes" matemática de todas las partículas que creemos que existen en la naturaleza
(con sus propiedades). [Puedes ver mi vídeo sobre la "teoría del todo" para refrescar rápidamente tus conocimientos.]
Después le pasamos esta lista a una grande y compleja máquina matemática, que devuelve ecuaciones
que nos dicen cómo se comportan estas partículas.
Pero resulta que, si intentamos incluir la masa como una de las propiedades de las partículas en nuestra lista de ingredientes,
la máquina matemática se estropea. Puede que la masa no fuese una buena elección... pero la mayoría de las partículas
que observamos en la naturaleza la tienen, así que hemos de encontrar una forma astuta de usar los ingredientes
que nos devuelva la masa en las ecuaciones finales sin que forme parte de la entrada –igual que si
dejas que la levadura, el azúcar y el agua fermenten para producir alcohol, que no existía al principio.
Como ya estarás ansiosamiente imaginando, la solución es usar como levadura el campo de Higgs
junto con los demás ingredientes del modelo estándar, de forma que, si dejamos que la matemática fermente,
¡obtengamos partículas con masa! Pero este modelo también da lugar a algo que NO buscábamos:
una solitaria partícula de Higgs, el dichoso bosón. Y, puesto que el modelo funcionaba tan bien para explicar todo lo demás
supusimos que era bastante probable que el bosón solitario también existiese.
En resumen, el bosón de Higgs es una partícula que resulta de la sobreexcitación del campo de Higgs,
que a su vez es necesario en el modelo estándar para: 1) explicar la fuerza nuclear débil
y 2) explicar por qué todas las demás partículas tienen masa. Sin embargo, el bosón es
la única parte del campo de Higgs que se puede verificar de forma independiente, precisamente porque las demás
están entremezcladas en la fuerza débil y en el mecanismo que da su masa a las partículas. El hecho de que
el bosón de Higgs sea tan independiente del resto del modelo estándar es lo que hace que sea la última
pieza del puzle que hemos descubierto, y, si resulta que es exactamente como se había predicho,
el modelo estándar estará completo.
El único problema es que sabemos que el modelo estándar NO es una descripción completa
del universo (deja fuera completamente la gravedad, por ejemplo). Así que, para los físicos,
sería mucho más interesante Y útil si el bosón de Higgs resultase ser distinto
de lo que esperamos... porque entonces tendríamos alguna pista de cómo avanzar hacía una comprensión más profunda
del universo. Así que, aunque acabamos de hacer un descubrimiento, no podemos sentarnos a descansar.
Necesitamos una ayudita, señor Higgs.
Continúa en las partes II y III