Qué aprenderemos del mundo si se descubre el bosón de Higgs en el LHC del CERN

Supongamos que el LHC del CERN descubre el bosón de Higgs. ¿Qué importancia “científica” tendría dicho descubrimiento para el “hombre de la calle”? Quizás lo más importante es que el bosón de Higgs sería un nuevo tipo de materia, el primero encontrado en más de un siglo. Es verdad que se han descubierto muchas partículas nuevas “parecidas” al electrón (neutrinos, quarks, etc.) y que se han descubierto muchas partículas nuevas “parecidas” al fotón (bosones W y Z, gluones, etc.), pero el bosón del Higgs sería la primera partícula elemental tipo bosón escalar encontrada en toda la historia. Un nuevo tipo de materia completamente “nuevo”.

La primera cuestión es ¿qué bosón de Higgs se ha descubierto? ¿Cómo…? ¿Hay más de uno? Bueno, hay muchos modelos matemáticos (teóricos) para una partícula “tipo” bosón de Higgs (una revisión técnica pero al mismo tiempo asequible es “HIGGS BOSONS: THEORY AND SEARCHES,” de G. Bernardi et al., Particle Data Group, November 2007; esta entrada también está basada en G. L. Kane et al., “What will we learn if a Higgs boson is found [at LEP2]?,” Phys.Rev. D64, 095013, (2001), ArXiv preprint).

Recapitulemos. Está el bosón de Higgs que aparece en la teoría electrodébil (en el Modelo Estándar) que dota de masa a los bosones vectoriales W y Z pero no al fotón. Se supone que este bosón podría dar también masa a los fermiones (electrones, neutrinos, quarks) pero posiblemente haya otros bosones de Higgs que se encarguen de ello. Pero también hay otros bosones de Higgs (otros modelos). El bosón de Higgs en las teorías supersimétricas es mucho más ligero y también se han propuesto modelos en los que el bosón de Higgs es una partícula compuesta de otros más elementales. Hasta que no se observe el Higgs y se determinen sus propiedades no sabremos “cuál/es es/son realmente.”

Un bosón de Higgs con un masa en reposo inferior a 130 GeV, pongamos 120 GeV (casi 128 veces la masa del protón), será supersimétrico casi con toda seguridad y vendrá acompañado de una “parejita” (otro bosón de Higgs). Con una masa entre 130 y 180 GeV será el del Modelo Estándar (un bosón único). Con una masa mayor hay muchas otras posibilidades, por ejemplo entre 180 y 230 GeV será un bosón compuesto (teorías de technicolor).

Una curiosidad, casi sorprendente, es que el primer bosón de Higgs encontrado no sea el más ligero (de menor masa en reposo) sino el segundo, que haya un bosón de Higgs más ligero que esté fuertemente desacoplado del resto del Modelo Estándar y que por ello haya sido “descartado erróneamente” en los límites a la masa del bosón de Higgs más ligero obtenidos con el LEP2 del CERN, que aseguran una masa mayor de 115 GeV. Para muchos investigadores esta posibilidad es la “más natural” ya que permitiría que el bosón de Higgs más ligero tuviera una masa en reposo similar a la masa de los bosones W y Z (ligeramente mayor que la del bosón Z). Ello evita que haya que realizar ciertos “malabarismos” técnicos para desplazar la masa en reposo del Higgs unos 30 GeV más que la masa del bosón Z, su valor “natural” (si suponemos que tiene unos 120 GeV).

¿Pero cómo es posible que un bosón de Higgs supersimétrico tenga una masa inferior al límite de 115 GeV obtenido con el LEP-2 del CERN? Si la ruptura de la simetría electrodébil es mediada por la supersimetría, entonces la masa de un bosón de Higgs tipo el del Modelo Estándar, que ha sido restringida por los resultados del experimento, no está relacionada con los acoplamientos de la fuerza débil en el Modelo Estándar y un bosón de Higgs supersimétrico no tendría que cumplir dicho límite inferior. En relación a este tipo de estudios, os recomiendo el reciente artículo de Puneet Batra, Eduardo Ponton, de la Universidad de Columbia, “The Supersymmetric Higgs,” ArXiv preprint, 22 Sep 2008 .

Para algunos autores es más “natural” un bosón de Higgs (supersimétrico) de baja masa que un Higgs del tipo del Modelo Estándar. Pero, ¿qué entendemos por “natural”? El Principio de Naturalidad, como el Principio Antrópico, es una guía para la selección de modelos teóricos con información estrictamente teórica, cuando no hay información experimental. Siguiendo al genial y premiado con el Nobel ‘t Hooft, el Principio de la Naturalidad nos dice que si la Naturalieza muestra un parámetro con un valor pequeño a cierta escala de energía, entonces necesariamente en el límite en el que el parámetro se vuelva nulo el sistema debe ganar simetría, debe tender a un estado más simétrico (para una descripción más técnica pero comprensible ver por ejemplo “NATURALNESS AND ELECTRO-WEAK SYMMETRY BREAKING,” de Romesh K. Kaul, ArXiv preprint, 26 May 2008 ) .

La Electrodinámica Cuántica (QED) y la Cromodinámica Cuántica (QCD) son teorías perfectamente naturales. Tanto en QED como en QCD la masa de las partículas (electrones y quarks) está asociada a una ruptura de la simetría y cuando estas masas se hacen cero, la simetría se recupera. Sin embargo, una teoría con un campo escalar que corresponda a una partícula elemental tipo bosón escalar (no se ha descubierto todavía ninguna) “no es natural” ya que su correspondiente masa no está asociada a ninguna simetría aproximada y hacer que tienda a cero no introduce ninguna simetría adicional. La teoría electrodébil (EW) no es natural porque requiere de un campo escalar (el bosón de Higgs) que destruye la “naturalidad” que podría tener la teoría.

La solución más sencilla al problema de la falta de naturalidad de la teoría electrodébil es suponer que el bosón de Higgs es una partícula compuesta (no elemental). Por ejemplo, una combinación sin espín (por eso es una partícula escalar) de un fermión y un antifermión. A esta solución se la denomina teoría del technicolor. De hecho, ambos fermiones, llamados techniquarks, podrían estar confinados en el bosón de Higgs (como los quarks en un protón) y por tanto no podrían ser observadas como partículas “separadas” (tampoco podemos observar a los quarks de esta forma). ¿Podrían ser los tecniquarks iguales a los quarks? No, en dicho caso deberían ser quarks top o cima (un cima y un anticima) pero un tal Higgs requeriría que la masa del quark cima fuera mayor que la experimentalmente medida en la actualidad.

El technicolor es una solución al problema de la naturalidad que no gusta a todo el mundo, especialmente por que hay otra solución (hay muchas más, por supuesto) que gusta a mucha más gente, la supersimetría, como descubrió R.K. Kaul en 1982. La supersimetría está rota pero se recupera cuando la masa de partículas escalares como los bosones de Higgs se hacen tender a cero, como exige el Principio de Naturalidad. Es una solución elegante y simple, que además sólo requiere teorías de tipo perturbativo, lo que simplifica la matemática. Por ello, es más “natural” concebir un bosón de Higgs como partícula supersimétrica que no siéndolo.

Un descubrimiento en el LHC que mataría “dos pájaros de un solo tiro” sería el descubrimiento de no uno sino dos bosones de Higgs con una masa del orden de 120 GeV, ya que ello casaría a la perfección con las predicciones del Modelo Estándar Minimal Supersimétrico (MSSM). Llamémosles Higgs Up (HU) y Down (HD). Uno de estos bosones de Higgs podría, incluso, tener una masa inferior a 115 GeV (de unos 95 GeV) y el otro una un poco más grande. Permitidme para acabar una “broma”: algunos claman que el bosón de Higgs es la “partícula de Dios”, pero si se descubrieran dos Higgs, ¿seguría siéndolo?

15 Comentarios

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MiltonMilton

Hola y buenas tardes, quisiera recibir una explicación de más acceso para aquellos que no conocemos los términos científicos. Sigo sin entender el beneficio de encontrar este famoso bosón, me refiero no al beneficio del “conocimiento” sino a nivel práctico, cómo mejoraría la calidad de vida de las personas? habrá menos guerra por religión y/o poder, o menos hambre? evolucionará nuestra mente a un nivel superior? Quisiera saberlo porque de verdad aún no comprendo, agradecería me explicasen.

Gracias!

Milton

emulenewsemulenews

¿Cómo mejoró la calidad de vida de las personas el descubrimiento del electrón? ¿O el del positón (la antipartícula del electrón)? Hay infinidad de aplicaciones. Sólo mencionaré una, en medicina: la tomografía por emisión de positones). ¿Para qué ha servido el descubrimiento de los neutrinos? Si algún día los controlamos (y los controlaremos) las aplicaciones médicas serán increíbles.

“¿Habrá menos guerra por religión y/o poder?” No, desafortunadamente, no. Puede que incluso se desarrollen nuevas tecnologías armamentisticas.

“¿Habrá menos hambre?” Sí, la habrá. Los grandes descubrimientos generan industria y con ella riqueza y con ella menos hambre.

“¿Evolucionará nuestar mente…? De verdad aún no comprendo,…” Yo tampoco.

Pongamos un ejemplo: Internet. ¿Ha mejorada la calidad de vida de las personas? ¿Ha reducido el hambre o las guerras por religión? El futuro de la Internet está en las tecnologías que se están desarrollando para el análisis de la “infinidad” de datos que generan los grandes aceleradores de partículas.

Pongamos un ejemplo: los imanes superconductores (esta tecnología avanza en la actualidad fundamentalmente gracias a los grandes aceleradores de partículas, imposibles de construir sin grandes avances en este campo).

¿Para qué sirve el conocimiento? ¿Mejora la calidad de vida? ¿Reduce el hambre? ¿Las guerras?

emulenewsemulenews

Un poco de riesgo en la contestación. Hay dos posibilidades: el bosón de Higgs no está relacionado con la gravedad cuántica aunque dota de masa en reposo a ciertas partículas, o sí lo está. En este último caso, su descubrimiento tendrá consecuencias en nuestra comprensión de la gravedad cuántica. Si la gravedad muestra sus efectos a la escala de los TeV, las posibles aplicaciones de este conocimiento (cuando se contrele) son de “ciencia ficción”. El mundo cambiará completamente. En mi opinión personal, la segunda posibilidad es “poco razonable” pero puedo estar equivocado. Sería maravilloso que estuviera equivocado.

MiltonMilton

Muchas gracias por la explicación, estoy satisfecho.

genial tu blog

Saludos y bendiciones

Milton

MELITON PERALTA D

Es mas natural pensar que la gravedad se extiende hasta escalas de 1.6 x 10 exp 35 metros, es decir la escala de plank, en esta escala las soluciones, no son de caracter puramente matematico, sino geometrico, topologico descriptivas, como lo explico en mi teoria del todo proxima a publicarse (es la teoria del Tic-Tac), en la que la clave del todo está en esta escala. Solicite mas información a ECOSOCIAL2012@HOTMAIL.ES Con el ING. PERALTA.
(HASTA LA MATERIA OSCURA SE DOBLA ANTE LA GRAVEDAD)

ClaudioClaudio

Los fenómenos físicos, cuando se plantean su visión con la óptica adecuada, son muy sencillos de interpretar, siendo muy complejos cuando se fuerza su interpretación con otros puntos de vista.
A principios del siglo XX se rechazó el éter, pensamiento que se puede aceptar, pero si se considera que no existe el medio, entonces no se puede crear ni masa ni energía.
Si se acepta que existe masa o energía, y no corresponde al éter lumínico, habrá que explicar cómo se puede presentar. Este planteamiento lo ha realizado la Teoría del Cladín, estudiándolo a través de la Mecánica de Fluidos.
Se hace el estudio, considerando la existencia de masa o energía, al estimar que existe el fluido magnético, (fluido ideal), en cuyo medio hay remolinos potenciales, cuyos hilos son cerrados y están constituidos por líneas del fluido, que son entes estables, que conservan momentos, cantidad de movimientos y energía.
Estudiando a los remolinos, se determina que hay dos tipos de remolinos estables, según sea su espín.
Los de espín entero se propagan con la velocidad, con las que se mueven las partículas, que forman el fluido, los hilos tienen un número entero de líneas y están retorcidas un número entero de veces, y las partículas que los constituyen, rotan y se mueven en las líneas con una frecuencia función de la energía que poseen. Por otra parte, el momento cinético que posee el remolino, rota respecto al vector de propagación, formando con él siempre un ángulo constante.
Los remolinos de espín semientero, tienen la misma estructura que los de espín entero, pero el vector momento cinético, que poseen, fluctúa respecto al vector desplazamiento, lo que origina en el medio presiones o depresiones, que dan lugar a la masa o a la antimateria.
Así concebida la materia, donde los bariones y los leptones aparecen en función del número de partículas del medio que posee cada la línea, donde las características de las partículas simples viene dada en función de cómo estén orientados el espín del remolino con respecto al flujo inducido. Así aparecen cuatro partículas elementales por familia.
La desintegración de una partícula simple, cuya estructura viene dada por un remolino, da origen a nuevos remolinos, que pueden ser de espín entero o semientero, siempre que se conserven momento, cantidad de movimiento, energía y espín, pero pueden dar lugar a otros remolinos que no sean estables, estos se desintegraran inmediatamente en otros nuevos, mientras que a los estable los podremos observar.
Aceptado esta constitución de la materia, el que aparezca el boson de Higs que de origen a la masa o transporte energía no representa ninguna excepción ni contrariedad, pero habrá que buscarlo como remolino potencial, que da origen de esa energía o masa.

quizquiz

Hola amigos.

Si los gluones estan dentro del nucleo, donde esta el boson de Higgs?
Para hacerme una idea general. este boson, es una particula sin estructura interna como el electron?
Gracias.

emulenewsemulenews

Quiz, ¿dóndde está un campo electromagnético clásico según la teoría de Maxwell? En esta teoría un campo no está en ningún lugar y en todas partes. No existe un operador posición en dicha teoría.

En mecánica cuántica no relativista sí existe un operador posición y la función de onda se interpreta como una densidad de probabilidad de que la partícula se encuentre en cierto lugar.

En mecánica cuánica relativista no existe un operador posición válido a todas las energías. No se puede interpretar la función de onda como una densidad de probabilidad (en el caso del bosón de Higgs, una partícula escalar que cumple la ecuación de Klein-Gordon, la densidad de probabilidad no tendría signo definido). La interpretación estándar es que se trata de un campo, que igual que un campo clásico, tiene un momento y una energía bien definidas pero no tiene una posición bien definida.

La teoría cuántica de campos es una teoría de muchas partículas. El concepto de “dónde” no tiene sentido físico. El concepto de posición no es aplicable.

El fotón, el gluón y el bosón de Higgs son partículas de las que no podemos hablar de dónde se encuentran. Sólo podemos hablar del número de fotones o gluones o Higgs en cierta región el espacio.

Hay varios teoremas (Newton-Wigner, Reeh-Schlieder, etc.) que proclaman que no podemos definir un operador de posición correcto para una partícula elemental a todas las energías, aunque las partículas tienen momento (energía) bien definida.

Alba

2500 años pensando en la cosa en sí, a mi modo de ver se han convertido en un lastre, un lastre del que si la ciencia no se desprende no vamos a ser capaces de imaginarnos, sí, imaginarnos (para calcular después), un fundamento material, como el que llamara Bruno: seno etéreo. Seno etéreo, sí, una forma básica única de la materia toda del cosmos, por completo reñida con la fenomenología corpuscular, que nada tiene que ver con la tozuda búsqueda de una tras otra partícula, llámense neutralino, WIMP, bosón de HIGGS, cuark, ayer neutrino, antes electrón, protón, neutrón, y en principio átomo. Seguiremos encontrando infinitud de partículas, pero el problema es y seguirá siendo dar con las características y propiedades de algo que no obstante ser material no tiene forma alguna…, hasta que un fenómeno natural que desconocemos genera de entre tantas posisbilidades, una, que podría ser, si queremos llamarle neutralino, la que, con energía cuasi cero y como tal todavía indetectable por nuestros medios, genera la materia oscura, base de las nebulosas cósmicas y compañera en el largo proceso de constitución estelar y galáctica. Sería a partir de vislumbrar las cosas de otra manera, cuando el fenómeno gravitacional cobraría sentido, ya no como fuerza sino como curso (entropía) del ciclo que va de una a otra forma: género de movimiento de la materia, vía de los agujeros negros.

ClaudioClaudio

Estimada Alba: Para imaginar Nuestro Mundo, solamente hace falta hacer hipótesis adecuadas, entonces con pensamientos lógicos, bien que se hagan a través de razonamientos o deduciones matemáticas, nos llevaran a la concepción de este Universo que consideramos tan misterioso.
Esto lo ha realizado la Teoría del Cladín, y en el comentario que se hace el 10-6-2009, de qué aprendemos del Mundo si se descrubre el bosón Higgs en el LHC del CERN, da sentido a muchos pensamientos actuales.
Si quieres profundizar en esta teoría, puedes leer más sobre la misma en las páginas del blog que tiene dicho titulo.
Esperando haber dado respuesta satisfactoria a tus inquietudes te saluda afectuoso Claudio

Sr Garcia

Antes que nada saludos a todos
y agradecer los diferentes puntos de vista de cada quien ,de eso se trata,pero la pregunta es de que serviria todo esto acaso el boson de higgs cambiara mi modo de vida?, en que se beneficia,que acontecimientos sorprendentes traera a la humanidad?, te has puesto a pensar que por que estan apareciendo hoyos negros en latierra ,acaso eso es consecuencia de las pruebas que han hecho en este fenomeno cientifico ya que asi le llamo yo, un freak show, ya que para quer jugarle al Dios, si todo lo tenemos a nuestro alrededor, solamente es cosa de sentarte y reflexionar, pienso en mi mas humilde opinion, deberiamos de pensar en como salvar vidas de un avion,tenemos 50 años hiendo a la luna (a segnu), y todavia no descubrimos nada aun,continuara…..

benjibenji

Lo unico que permite el conocimiento empírico es observar a realidad, El miedo mata la mente, lo que tambien protege a quienes niegan el derecho de paso a los humanos. Agujeros negros y otras variaciones del espacio-tiempo existen. pero entiendo lo que dices de que no hay que jugar con fuego…el conocimiento puede ser bueno, antes la gente moria por millones de tisis, y nació Flemming…Pero puede ser también muy destructivo y antihumano al ser orientado al egoismo, la rivalidad y la destruccion indolente…a la tendencia al exterminio que tiene la humanidad en su esencia…
Pero eso ya es tarea nuestra, de las personas…La humanidad debe elevarse por encima de su miseria y aprender a vivir su historia sin tanta guerra, destruccion y odio que solo enriquecen a unos pocos…y tenemos el conocimiento necesario para conseguirlo. Asi que confo en ello, pues Intenet es una herramienta estupenda y si algo nos caracteriza como especie es el uso de herramientas…Seamos conscientes de que el Universo es eterno,e infinito, y de que hay muchas formas de entender la vida, lo suyo es entenderlo y amarlo como algo de lo que formamos parte, y estos descubrimientos no hacen sino confirmarlo. bkos!

AbighailAbighail

Genial hay mas de un dios?????? tanta ciencia y tantos años y dinero invertidos para descubrir eso???

AbighailAbighail

LLegue a tu pag. por que estaba indagando sobre el eter como quinto elemento…. como vez un camino muy distinto y encontre interesante el estudio y las respuestas que das sin embargo no encontre aqui mi respuesta, sigo curiosa mi camino, yo solo queria saber como incorporar el eter en el hacer y en el sentir… gracias de todas maneras

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