Bosón de Higgs

Peter Higgs. El físico que propuso nos volvieramos locos buscando su bosón.

[Por Cosmos02 a partir de la explicación de El Explicador que lo explica muy bien. El Podcast del explicador lo pueden escuchar aca]

Hasta donde se sabe, la materia parece hecha de unos cuantos grupos fundamentales de partículas. Toda la materia conocida del universo está hecha de átomos, los cuales, básicamente, se componen de Neutrones, Protones y Electrones. Los Electrones tienen una carga eléctrica negativa, los protones positiva y los neutrones no tienen carga eléctrica, por supuesto. Los protones tienen mayor masa que el electrón. Estas tres partículas forman todos los átomos. La diferencia entre los átomos de los distintos elementos es el número de protones y electrones que la componen y de neutrones para equilibrar las cargas. Se sabe también que los protones y los neutrones residen en el núcleo del átomo y los electrones giran a su alrededor, con frecuencia, intercambiándose con otros átomos.

Aparentemente, los electrones, hasta ahora, no parecen estar hechas de algo más pequeño, mientras que los protones y los neutrones están formados por partículas más pequeñas llamadas Quarks. A su vez, ahora se sabe que hay otras partículas medio parientes del electrón (comparte muchas de sus características) llamadas Leptones (de hecho, los electrones en realidad forman parte de la familia de los leptones). Así, los Quarks se unen para formar Protones y Neutrones y éstos a su vez los núcleos atómicos y alrededor de éstos giran leptones particulares llamados electrones. Resulta que los quarks pueden llegar a formar otras partículas, pero éstas no son tan estables, que cuando llegan a formarse (por ejemplo en las reacciones termonucleares de las estrellas) se desintegran enseguida.

Ahora se sabe también que entre los leptones que giran alrededor del núcleo y el núcleo mismo, hay un intercambio incesante de partículas responsables de las fuerzas de atracción y repulsión que mantienen estables a los átomos (no sé si la analogía sea válida, pero equivaldría a las fuerzas gravitatorias que permiten a los planetas girar alrededor del sol). A estas partículas se les llama Vectores (por tener fuerza y dirección) o, también, Bosones.

Así los Bosones son partículas que transmiten fuerzas de atracción y repulsión. En sentido estricto, los bosones o vectores también están formados de Quarks, pero estas partículas no son estables. A su vez, entre los leptones también hay un bosón en particular muy famoso: El fotón, que es la partícula de Luz. Cuando dos electrones intercambian fotones entre ellos, dichos electrones se repelen. En este caso, el fotón resulta ser un bosón de repulsión.

Por tanto, se dice que los bosones son responsables de la forma de los átomos y de que éstos no se desintegren y se forman de un intercambio entre los electrones y las partículas del núcleo. Pero ahí faltan aún más partículas.

Muchas de las características de estos elementos y su comportamiento pueden ser descritos utilizando fórmulas matemáticas. Los principios de la teoría de la relatividad fueron originalmente el desarrollo lógico de un conjunto de fórmulas que describían la teoría de la gravedad de Newton. De hecho, aquí es importante entender que muchas teorías sobre el universo y la estructura de la materia han sido desarrollos matemáticos puros que luego han ido paulatinamente corroborándose en los aceleradores de partículas y otros laboratorios (u observatorios del universo, etcétera). Por ejemplo, hubo algún físico por ahí que dijo que a partir de las fórmulas de la teoría de la relatividad predijo la existencia de los agujeros negros. Si las fórmulas de la relatividad eran correctas, entonces en el universo tendría que haber necesariamente concentraciones de materia con una gravedad tan intensa, que ni la luz podría escapar de ahí. En los años 50’s se corroboró la teoría con el descubrimiento del primer agujero negro.

Por tanto, cuando los físicos comenzaron a estudiar las descripciones matemáticas del comportamiento del electrón (las cuales son muy exactas pues el electrón suele hacer lo que las fórmulas dicen), descubrieron que esas fórmulas sugieren la existencia de otro tipo de partículas. De hecho, la antimateria es un tipo de partícula que fue primero descubierta matemáticamente y luego corroborada en laboratorio (es una especie extraña de electrón con carga positiva).

Esos desarrollos matemáticos han sugerido entonces la existencia de diversas partículas adicionales (muchas de ellas ya descubiertas en el CERN), una de ellas la del llamado Bosón de Higgs, propuesto precisamente por Peter Higgs basada en las matemáticas de la mecánica cuántica. El bosón de Higgs sería la partícula que le confiere a la materia algunas propiedades como la inercia (y otras que francamente ignoro).

La bronca del bosón de Higgs es que en sí mismo es muy inestable. Si se logra formar un bosón de Higgs en una millonésima de segundo desaparece. Lo que hacen en el CERN es acelerar chorros de protones y hacerlos chocar contra otro chorro, de modo que en su choque genera una cantidad muy grande de energía en un pequeño punto y dada la célebre fórmula einsteniana E=mc2, perfectamente se puede despejar eme y de concentraciones grandes de energía en espacios muy pequeños se puede obtener materia. ¿Cómo saben que las partículas que salen de esos destellos de energía son el bosón de higgs, bueno, porque están descritas sus propiedades matemáticamente. Al descomponerse el bosón de higgs debe generar ciertos destellos de energía y otras partículas que pueden ser detectados por las máquinas superespecializadas del CERN y los datos luego analizados para determinar si se trata de esto o no. Cierto patrón de partículas y energía puede salir del bosón de higgs y no de otras partículas y es ese patrón el que tienen que detectar.

El chiste del Bosón de Higgs es que la corroboración de su existencia le da consistencia a las descripciones matemáticas de la mecánica cuántica (y si nunca corroboran su existencia, entonces la mecánica cuántica tiene un brete, porque su fundamento matemático tiene un agujero) y aumenta la probabilidad de que otros de sus desarrollos teóricos sean correctos, entre ellos el de la teoría de las supercuerdas y otro aún posterior llamado teoría de las Branas, que son otro rollo todavía, pero que sugieren la existencia de universos paralelos a éste e incluso en una sucesión infinita.

P.D. Por El Agus:
La verdad a mi me siguen quedando un montón de dudas, asi que en tanto las resuelvo (si es que las resuelvo) les dejo un video breve explicando que es el Bosón de Higgs: