El sexteto de Higgs, Premio de la APS en honor a J.J. Sakurai, y la historia del mecanismo de Higgs

El Premio de la Sociedad de Física Americana (APS) para contribuciones a la Física de Partículas Teórica (J. J. Sakurai Prize for Theoretical Particle Physics) de 2010 le fue concedido a Carl R. Hagen (University of Rochester), Francois Englert (Universite Libre de Bruxelles), Gerald S. Guralnik (Brown University), Peter W. Higgs (University of Edinburgh), Robert Brout (Universite Libre de Bruxelles), y T.W.B. Kibble (Imperial College) por sus contribuciones al mecanismo de Higgs–Brout–Englert–Guralnik–Hagen–Kibble para explicar la ruptura espontánea de la simetría electrodébil, mecanismo normalmente abreviado a mecanismo de Higgs.

La historia del mecanismo de Higgs es curiosa. En 1962, Goldstone, Salam y Weinberg demostraron un teorema (conjeturado en 1960) que afirma que la ruptura espontánea de la simetría (global) en una teoría de campos relativista conduce a la aparición de nuevas partículas sin masa, de espín cero, llamadas bosones de Goldstone (técnicamente: en una teoría cuántica de campos invariante Lorentz, si hay simetrías continuas bajo las cuales el lagrangiano es invariante, entonces o el estado del vacío es invariante ante la simetría, o deben existir partículas de espín cero de masa nula). Si existieran bosones escalares de masa nula deberían haber sido detectados experimentalmente. Entre 1963 y 1964 varios investigadores trataron se superar este teorema. P.W. Anderson observó en 1963 que en un superconductor los bosones de Goldstone se pueden transformar en plasmones masivos debido a la interacción electromagnética, es decir, se transforman en grados de libertad longitudinales que se acoplan a la polarización transversal de una onda electromagnética, aparentando ondas luminosas con masa no nula (básicamente el efecto de Meissner). En opinión de Anderson, el problema del bosón de Goldstone en una teoría de Yang-Mills podía ser resuelto de forma similar, aunque ni enunció el teorema ni discutió en su trabajo el caso relativista. Peter Higgs recogió el guante de Anderson.

A. Klein y B.W. Lee en marzo de 1964 discutieron una variante del trabajo de Anderson, también aplicado a superconductores, que parecía prometedora a la hora de extender dicho trabajo al caso relativista. W. Gilbert trató de hacerlo y creyó que era imposible lograrlo; publicó un artículo que apareció el 22 de junio en Physical Review Letters. Dicho artículo llegó a Edimburgo el 16 de julio y cayó en manos de Peter Higgs, quien se dio cuenta de que el ingrediente que faltaba era evitar el teorema de Goldstone era la simetría (gauge) local. En pocos días escribió un artículo corto que envió el 24 de julio al editor en el CERN de la revista Physics Letters, que fue rápidamente aceptado. Escribió un segundo artículo concretando dichas ideas en un modelo relativista que envió a dicha revista el 31 de julio, pero que fue rechazado. Durante agosto se dedicó a revisar dicho artículo y decidió que era mejor enviarlo a Physical Review Letters, como así hizo el 31 de agosto. El artículo fue aceptado aunque uno de los revisores (que años más tarde le confesó ser Yoichiro Nambu) le dijo que discutiera la relación de su trabajo con el de Francois Englert y Robert Brout, enviado a PRL el 22 junio y publicado el 31 de agosto, en el que se presentaba un mecanismo similar. En octubre de 1964 se publicó un trabajo independiente de Gerald Guralnik, Carl Hagen y Tom Kibble con una solución similar a la de Higgs. Gilbert no estaba convencido de que Higgs hubiera logrado lo que él pensaba que era imposible y Higgs, a hombros de todos estos autores, logró resolver todas las dudas de Gilbert en 1965.

Los interesados en esta historia disfrutarán con el relato de manos del propio Higgs en su conferencia “My Life as a Boson,” MCTP, Ann Arbor, Michigan, 21 May 2001 (vídeo de 53:59 y 13 transparencias, una de ellas la que acompaña a esta entrada) y con las actas de dicha conferencia.

2 Comentarios

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G de GalletaG de Galleta

Hoy precisamente he entregado un trabajo-resúmen del Modelo Estándar. Aunque creo que me he quedado sólo en la superfície (otra cosa en cuatro meses sería impensable) me encanta entender, aunque sea por encima, todo lo que dices en el artículo. Miraré los enlaces que poner, y desde luego seguiré estudiando el SM, que aunque hecho “a retales” como alguno ha dicho en mi facultad, lo cierto es que es sorprendentemente preciso en los resultados (salvo algunos neutrinos que se empeñan en tener masa). Un saludo y genial la entrada!

José LuisJosé Luis

Genial entrada, desconocía el proceso por el cual Higgs llegó a sus conclusiones. Gracias ;)

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