Vídeos de la charla de Matt Strassler sobre la búsqueda del bosón de Higgs

http://www.youtube.com/watch?v=9Xtf15l3-U8&hd=1

http://www.youtube.com/watch?v=1jrM3gADJ4Y&hd=1

http://www.youtube.com/watch?v=ILOJQJutBJ4&hd=1

http://www.youtube.com/watch?v=CBUUdpMJstE&hd=1

Estos vídeos son extractos de una charla divulgativa del físico teórico Matt Strassler sobre la búsqueda del bosón de Higgs. El primer extracto explica por qué el bosón de Higgs es importante, el segundo trata de explicar cómo se detecta una partícula en un colisionador como el LHC, el tercero trata de explicar por qué es difícil encontrar el bosón de Higgs, y el último son las preguntas y respuestas que le hicieron a Matt durante la charla. Falta un vídeo (no publicado en youtube) en el que Matt habla sobre la supersimetría y la unificación de la física.

Matt es joven en la blogosfera (su blog “Of Particular Significance” nació el 29 de junio de 2011), pero ha sido lector asiduo de blogs sobre física de partículas como los de Gibbs, Dorigo, Motl y Woit (como demuestran sus comentarios en dichos blogs). Por cierto, Tommaso Dorigo (junto a Peter Woit) hablarán sobre la búsqueda del Higgs en el LHC el próximo 24 de septiembre en Amberes (TEDx Flanders), el mismo día que yo hablaré sobre el mismo tema en Bilbao (Amazings Bilbao). Curioso.

Matt tiene una entrada en su blog sobre el estado actual de la búsqueda del bosón de Higgs titulada “Implications of Higgs Searches,” Of Particular Significance, 10 sep. 2011. Planck, lector habitual de este blog, ha traducido/resumido dicha entrada en “Resumen del Estado de la Búsqueda del Bosón de Higgs en el LHC,” La Revolución Científica, 14 sep. 2011. Matt y Planck discuten los siguientes posibles escenarios para la búsqueda del Higgs. Permitidme algunos comentarios al respecto junto a la figura resumen final de Matt.

1º) Que exista el Higgs del Modelo Estándar (el Higgs más simple posible) y nada más. Para cada posible valor de la masa del Higgs, el modelo estándar predice con buena precisión (menor del 20% para masa menores de unos 450 GeV) cómo se comporta esta partícula y cómo se puede detectar en el LHC. Todas las pruebas experimentales indican que el Higgs tiene una masa entre 115 y 150 GeV, con preferencia en el rango entre 115 y 130 GeV. Según Matt, la inestabilidad del vacío para un valor de la masa del Higgs menor que 120 GeV, indica que si su masa está entre 115 y 120 GeV entonces tienen que existir nuevas partículas aún no descubiertas además del Higgs. En realidad esto no es del todo cierto ya que los problemas de estabilidad se observarán a energías del orden de 800 GeV, como mínimo, y sabemos muy poco sobre el modelo estándar por encima de los 450 GeV; muchos teóricos creen que un análisis no perturbativo del modelo estándar podría resolver este problema sin necesidad de nuevas partículas. Otros teóricos, como Matt, parece que no lo ven tan claro.

2º) Que exista el Higgs del Modelo Estándar (el Higgs más simple posible) y además nuevas partículas. La cuestión aquí es si estas nuevas partículas están acopladas al Higgs o no lo están. Si lo están (como una cuarta generación de partículas de gran masa), como el acoplamiento del Higgs a una partícula depende de su masa y es la unidad para el quark top, entonces el Higgs se acoplará de forma preferente a estas nuevas partículas y cambiarán todas las predicciones del modelo estándar sobre él. Por supuesto, ante lo desconocido es difícil poner límites, pero los resultados experimentales del LHC indican que en este caso el Higgs tiene una masa entre 115 y 120 GeV (límites calculados si existe una cuarta generación de quarks muy pesados). Por supuesto, existe la opción de que el Higgs no esté acoplado a estas nuevas partículas, que podrían resolver muchos problemas, como el de la estabilidad del modelo estándar, el de la materia oscura, etc. También podría ocurrir que existiera más de un Higgs y que los otros Higgs estuvieran acoplados a estas nuevas partículas. En el modelo estándar no hay ninguna razón conocida para que existan tres generaciones de partículas en lugar de una, tampoco hay ninguna razón para que exista un solo Higgs y no varios.

3º) Que existan dos partículas de Higgs (técnicamente dos estados singlete). Hasta donde yo sé, esta posibilidad exótica ha sido excluida por los tests de precisión del modelo estándar. Quizás Matt se refiere a los modelos con un doblete y un singlete (en el modelo estándar el Higgs es un doblete); estos modelos aparecen, por ejemplo, en las teoría de gran unificación basadas en el grupo E6. Por lo que yo sé, estos modelos requieren un ajuste fino de los parámetros más allá de lo que le gusta a la mayoría de los físicos. En cualquier caso, como comenta Matt en su entrada, la tasa de producción del Higgs de menor masa cambiaría bastante y sería mucho más difícil observar el bosón de Higgs en el LHC de lo esperado por el modelo estándar.

4º) Que existan 5 partículas de Higgs y nada más (técnicamente dos estados doblete). Esta posibilidad es más natural (modelo 2HDM), es decir, en caso de existir dos bosones de Higgs en el modelo estándar, entonces deberían existir cinco. Habría dos bosones de Higgs similares al bosón de Higgs del modelo estándar (partículas escalares), un bosón de Higgs neutro pseudoescalar y dos bosones de Higgs cargados (con carga eléctrica). Los cargados son muy difíciles de observar en el LHC y el pseudoescalar es difícil de diferenciar de un escalar salvo tras el análisis de muchas colisiones. Por ello, lo más natural es que el LHC descubriera el Higgs escalar más ligero y solo muchos años más tarde se obtuviera evidencia del resto de los Higgs. Por supuesto, nada prohibe que ambos Higgs escalares o incluso el pseudoescalar tengan una masa parecida y se descubran de forma simultánea.

5º) Supersimetría: 5 Higgs con “supercompañeros.” Por supuesto el modelo 2HDM puede existir sin necesidad de la supersimetría, pero la supersimetría no puede existir con un solo Higgs, tiene que haber, como mínimo, dos dobletes de Higgs. Por tanto, confirmar el modelo 2HDM cegaría los ojos de muchos físicos teóricos que verían este descubrimiento como una cofirmación de la supersimetría. Dependiendo de las masas de estos Higgs se obtendrían límites muy buenos para las masas de las partículas supersimétricas. En los modelos supersimétricos más sencillos, el Higgs escalar menos masivo debe tener una masa muy baja, excluida por LEP; la única posibilidad es una masa cercana a 115 GeV. Por supuesto en modelos supersimétricos más complicados, la libertad es absoluta y el sector de Higgs está poco restringido.

6º) Que no exista la partícula de Higgs. Se sabe que el campo de Higgs existe, sino todo el modelo estándar se desmorona, pero nada obliga a que el campo de Higgs, como los demás campos del modelo estándar, se muestre como una partícula o como una partícula convencional. Hay teorías exóticas para todos los gustos, desde teorías que afirman que la partícula no existe (en dicho caso estudiar el campo de Higgs en el LHC será muy difícil), que no es una partícula elemental sino compuesta (entonces su masa podría ser enorme, por encima de los 2 TeV), etc. Matt nos dicd que si el Higgs no es observable, su papel en la estabilidad del modelo estándar lo tienen que asumir nuevas partículas y/o nuevas interacciones aún no descubiertas que deberán estar en el rango de energías alcanzable para el LHC.

En mi opinión, en el punto 6º, Matt peca de demasiado optimistas. La posibilidad de que no exista el Higgs y de que algún mecanismo no perturbativo de acoplamiento fuerte estabilice el modelo estándar en la escala de los TeV sin necesidad de nuevas partículas ni nuevos campos no puede ser descartada tan a la ligera. Hoy en día no sabemos calcular nada en este escenario, pero si no encontramos el Higgs habrá que aprender a hacerlo. Pero bueno, que no se pongan nerviosos los físicos teóricos, el bosón de Higgs será encontrado en el LHC y casi seguro con una masa entre 120 y 130 GeV, y dentro de cinco años nadie se acordará que hubo un tiempo (el tiempo presente) en el que gente tenía dudas sobre si existía o no existía el bosón de Higgs (igual que ya nadie se acuerda que hubo un tiempo en el que la gente dudaba de la existencia del quark top).

A finales de octubre, cuando el LHC interrumpa las colisiones protón-protón para dar paso a las colisiones de iones pesados, se habrán acumulado unos 5/fb de datos o incluso más. Con este número de colisiones ATLAS y CMS por separado podrían ofrecer una señal a más de 3 sigmas de un Higgs del modelo estándar con unos 120 GeV y una combinación de ambos experimentos nos permitirá salir de dudas sobre el Higgs existe o no. El año que viene el bosón de Higgs será descubierto sin lugar a dudas, porque el Higgs existir, existe.

12 Comentarios

Participa Suscríbete

planck

Muchas gracias Francis por citar mi traducción-resumen del artículo de Matt. Yo no soy un experto solamente un aficionado y mi formación es de Ingeniería no de Física general aunque como autodidacta sigo con gran interés los temas más candentes de física fundamental (incluidos por supuesto tus posts sobre el bosón de Higgs desde hace varios años). Como tu dijiste en uno de tus posts la historia de la búsqueda del Higgs parece una novela que se entrega por fascículos y ahora, por fin, estamos en el desenlace y de este desenlace depende gran parte del futuro de la física fundamental.
Matt ha considerado 6 casos fundamentales pero claro las incertidumbres en algunos casos son tan grandes que la variedad de posibilidades es muy grande. Si se encuentra un Higgs por encima 120 sabremos que la supersimetría en su modelo mínimo no es correcta pero existen muchas variedades más complejas que permiten valores muy distintos para el Higgs. En mi modesta opinión la mejor opción es encontrar un Higgs muy ligero que favorezca la Supersimetría. Lo mejor es que no tendremos que esperar mucho para ver cual de todos los modelos ha escogido la naturaleza…

Alejandro Rivero

Pues a mi me mola singlete + doblete pero en susy. Supongo que entonces no se puede dar masa a un sector de los fermiones, pero a cambio la estructura de supermultipletes gauge va a quedar mucho mas elegante.

físicofísico

Yo no sé si existe o cómo será o si es compuesto o si hay 10. Pero la última frase, con perdón, suena a fundamentalismo religioso. No se puede afirmar nada hasta que se encuentren pruebas. Es así de simple. Lo demás es pura especulación. La fe hay que dejarla para los fanáticos y religiosos.
En cuanto a lo perturbativo o no, es una demanda de nuestra manera de hacer cálculos teóricos de un modo sencilla. No es una exigencia de la Naturaleza.

emulenewsemulenews

Gracias, físico.

Como bien sabes, antes de que se descubriera el quark top mucha gente pensaba que no existía. Los ajustes de precisión del modelo estándar afirmaban que existía pero mucha gente lo dudaba y se desarrollaron muchas teorías (extensiones del modelo estándar) sin quark top.

Como bien sabes, antes del descubrimiento del bosón de Higgs mucha gente piensa que no existe. Los ajustes de precisión del modelo estándar hace tres años afirmaban que quizás no existía (pues estaban fuera de los límites de LEP). Pero las nuevas estimaciones de la masa del bosón W y del quark top se han movido de tal forma que ahora los ajustes de precisión del modelo estándar afirman que existe, aunque mucha gente aún lo duda, y que se encuentra dentro del intervalo permitido por todos los experimentos. Como pasó con el quark top, dudar de la existencia del Higgs es dudar del modelo estándar y de la unificación electrodébil, bien verificados hasta donde se han podido verificar.

Afirmar que el bosón de Higgs existe y será descubierto el año que viene no es religión, ni fe, es ciencia. Se sabe que el campo de Higgs existe y que la simetría electrodébil está rota. Se sabe que los ajustes de precisión electrodébil afirman que el Higgs se encuentra donde todavía no ha podido ser observado. Todo encaja. En ciencia, cuando todo encaja, todo funciona. Si uno tiene fe en la ciencia, la ciencia funciona.

MacbethMacbeth

Pero, fe en la ciencia porque la ciencia funcione no es ciencia como es Fe. Otros dicen que la palabra fe significa etimológicamente comprobación, lo que vuelve a la fe una demostración científica.

planck

Pienso que algunas personas piensan que el Higgs solo es una especulación teórica y lo situan al mismo nivel que la supersimetría o la teoría de supercuerdas. Existen 2 importantísimas diferencias entre el Higgs y cualquier otro modelo puramente teórico:
1º) El Higgs es una PREDICCIÓN FUNDAMENTAL del SM y el SM ha sido ratificado por miles de experimentos.
2º) El campo de Higgs EXISTE, está CONFIRMADO experimentalmente y tiene una energía media no nula (de unos 246 GeV). Estudiar las características de este campo es el objetivo central del LHC.

físicofísico

Estimado Plank:
- No se ha demostrado la existencia del campo de Higgs.
- El Higgs es o no es un predicción del Modelo Estándar dependiendo de lo que consideremos como Modelo Estándar. Se puede prescindir de él.
- La ruptura de la simetría electrodébil puede darse con el mecanismo de Higgs o con cualquier otro que no hayamos podido imaginar. La Naturaleza habrá elegido una manera que nosotros (quizás) podamos modelizar si somos inteligente (Higgs o no).
- La ciencia sin falsabilidad no es ciencia. Si ahora no se encuentra el Higgs y se coloca su existencia en una energía inalcanzable entonces no hacemos ciencia hacemos religión.
- Si los “particulistas” empiezan a jugar sucio empezará a ser hora de que la sociedad no les financie.

planck

Bueno, responderé a los dos con los comentarios de Matt. Matt afirma en su artículo que la existencia del campo de Higgs (no de la partícula de Higgs) es un hecho experimental. Cuando en los comentarios (podeis leerlos al final de su artículo) se le pregunta de si no es posible que exista otro mecanismo (a parte del campo de Higgs) que explique la ruptura de la simetría electrodébil él responde lo siguiente:
“If I were answering a layperson or even a non-expert scientist, I would say this: there is no known way to have massive particles like the W and Z without a non-zero Higgs field of some type, though the available types are quite numerous. Moreover, a Higgs field also is necessary for the quarks and charged leptons to be massive particles. And finally, the decay of the top quark (which has been studied in some detail now) cross-checks this argument, because its decay to a bottom quark and a W particle tests whether the W and top have gotten their masses from a Higgs field. As you say, I call this field “the Higgs field” by definition, though of course there could be multiple fields playing some role”
Además después añade:
“More generally, any attempt to make a version of the Standard Model that does not have a Higgs field would predict quantum mechanical corrections to Standard Model predictions that should be of order 10% or so. With dozens of measurements working at the percent level or better, this seems excluded by the data.
So my statement is partly a principled one and partly one that follows from data. Data forces us to a simple, renormalizable effective theory at the 100 GeV energy scale; such theories must have at least one Higgs field to reproduce the data. [But not necessarily a Higgs particle!!]”

Es decir, la teoría del SM incluye el campo de Higgs y cualquier intento de explicar los datos experimentales sin campo de Higgs añadiría correcciones que producirían una discordancia con los datos.

físicofísico

Tampoco el Modelo Estándar es la última palabra, como no es lo ninguna teoría física. Y diga lo que diga este señor el campo de Higgs no está demostrado. Da argumentos de plausibilidad, nada más.

45cr Charliec

Bueno, este foro se ha puesto muy interesante entre los que creen que existe un campo de Higgs y los que no en la bùsqueda desenfrenada de la partìcula màs esquiva que ha tenido la fìsica en los ùltimos tiempòs, pero tengo la certeza que el pròximo año habrà resultados.

45cr Charliec

No soy muy ducho en fìsica teòrica, lo que soy es un simple Ingeniero Quìmico, medio loco y medio autodidacta, pero considero que lo que expone Planck es correcto, ya que el mecanismo de Higgs define eso como un campo de Higgs, en donde ha de actuar el bosòn sìn masa, que màs luego al romperse la simetrìa obtendrà la masa y es lo que se pretende desbrosar para desentrañar los grandes misterios que tiene la fìsica hoy en dìa.

Wachovsky

Que el campo y sus fuerzas vectoriales, tensoriales (bosónicas) y espinoriales (fermiónicas) se materialicen en masa gravitatoria o se energizen en carga electromagnética parece ser el quid de la cuestión. Si la partícula Higgs no existe aunque todo el modelo electrodébil la predice muy correctamente estamos en un gran problema para unificar GUT (igual que hace un siglo cuando del intento de unificación surgió la Teoría einsteiniana y las observaciones de Planck nos legaban la Teoría cuántica), pero desde o meta el Standard Model se necesita unificar y hasta quizá para encontrar o desatar nuevas fuerzas aún desconocidas. Solo considero que si el bosón no está entre nosotros tendríamos que aclarar mejor como un espaciotiempo de Minkowski puede alojar esos campos-fuerzas bosónico fermiónicas y traer al cosmos esas ondas que son frecuencias que son cargas electrificadas o masas materializadas. Un trabajo digno de sucesor de Planck y Dirac, de Einstein, Gödel o Turing. O quizá un alucinado pero poderoso matemático que maneje perfectamente a Poincaré, el flujo de Ricci y la topología de Calabi-Yau ¿Witten? ¿Maldacena?
Yo llamaría para darle ese trabajo al soviético judío Grigori Perelman. Todo el sistema financiero a punto de quebrar apostaría por Perelman…. y tendremos nuevo Richard Feynman o nuevo JC Maxwell. Tesla está invitado para hacerlo praxis después.

Deja un comentario

Tu email nunca será mostrado o compartido. No olvides rellenar los campos obligatorios.

Obligatorio
Obligatorio
Obligatorio

You may use these HTML tags and attributes: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <strike> <strong>