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Descubren una partícula que puede ser el bosón de Higgs

Los físicos consideran al bosón de Higgs como la clave para entender la estructura fundamental de la materia, la partícula que atribuye la masa a todas las demás, según la teoría llamada del "modelo estándar".

Imagen de la partícula que fue descubierta (Efe)

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EL UNIVERSAL

miércoles 4 de julio de 2012  11:59 AM

Ginebra.- La Organización Europea para la Investigación Nuclear (CERN) anunció hoy el descubrimiento de una nueva partícula que podría ser el bosón de Higgs, aunque todavía es demasiado pronto para saber si se trata de la "partícula de Dios" que los investigadores llevan décadas buscando.

Los físicos consideran al bosón de Higgs como la clave para entender la estructura fundamental de la materia, la partícula que atribuye la masa a todas las demás, según la teoría llamada del "modelo estándar".

A pesar de las dudas de si esta nueva partícula es el bosón de Higgs o otro tipo de partícula, los aplausos y las caras de los físicos reunidos hoy en Ginebra reflejaban la alegría y el alivio del mundo científico, reseñó AFP.

"Nunca pensé que asistiría a algo así en vida y voy a pedir a mi familia que ponga el champán en la nevera", dijo Peter Higgs, el científico de 83 años que en 1964, junto a sus sus colegas Robert Brout (fallecido en 2011) y François Englert, postuló por deducción la existencia del bosón que lleva su nombre.

La emoción fue palpable y Englert, sentado junto a Higgs, no pudo retener las lágrimas.

"Hemos superado una nueva etapa en nuestra comprensión de la naturaleza", dijo el director general del CERN, Rolf Heuer en un comunicado, satisfecho con el trabajo cumplido hasta ahora.

El modelo estándar de la física de partículas es una teoría que describe las relaciones entre las interacciones fundamentales conocidas entre partículas elementales que componen toda la materia. Es una teoría cuántica de camposdesarrollada entre 1970 y 1973 que es consistente con lamecánica cuántica y la relatividad especial. Hasta la fecha, casi todas las pruebas experimentales de las tres fuerzas descritas por el modelo estándar están de acuerdo con sus predicciones. Sin embargo, el modelo estándar no alcanza a ser una teoría completa de las interacciones fundamentales debido a que no incluye la gravedad, la cuarta interacción fundamental conocida, y debido también al número elevado de parámetros numéricos (tales como masas y constantes que se juntan) que se deben poner a mano en la teoría (en vez de derivarse a partir de primeros principios).

Modelo Estándar

Actualmente en Física, la dinámica de la materia y de la energía en la naturaleza se entiende mejor en términos de cinemática e interacciones de partículas fundamentales. Hasta la fecha, la ciencia ha logrado reducir las leyes que parecen gobernar el comportamiento y la interacción de todos los tipos de materia y de energía que conocemos, a un conjunto pequeño de leyes y teorías fundamentales. Una meta importante de la física es encontrar la base común que uniría a todas éstas en una teoría del todo, en la cual todas las otras leyes que conocemos serían casos especiales, y de la cual puede derivarse el comportamiento de toda la materia y energía (idealmente a partir de primeros principios).

Dentro de esto, el modelo estándar agrupa dos teorías importantes - el modelo electrodébil y lacromodinámica cuántica- lo que proporciona una teoría internamente consistente que describe las interacciones entre todas las partículas observadas experimentalmente. Técnicamente, lateoría cuántica de campos proporciona el marco matemático para el modelo estándar. El modelo estándar describe cada tipo de partícula en términos de un campo matemático. Para una descripción técnica de los campos y de sus interacciones, ver el modelo estándar (detalles básicos).

Para facilitar la descripción, el modelo estándar se puede dividir en tres partes que son las partículas de materia, las partículas mediadoras de las fuerzas, y el bosón de Higgs.Según el modelo estándar toda la materia conocida está constituida por partículas que tienen una propiedad intrínseca llamada espín cuyo valor es 1/2. En los términos del modelo estándar todas las partículas de materia son fermiones. Por esta razón, siguen el principio de exclusión de Pauli de acuerdo con el teorema de la estadística del spin, y es lo que causa su calidad demateria. Aparte de sus antipartículas asociadas, el modelo estándar explica un total de doce tipos diversos de partículas de materia. Seis de éstos se clasifican como quarks (up, down, strange, charm, top y bottom), y los otros seis como leptones (electrón, muon, tau, y susneutrinos correspondientes).

Partículas fundamentales del Modelo Estándar

	Leptones		Quarks
Familias	Nombre	Símbolo	Nombre	Símbolo
1a	electrón	e	up	u
	neutrino e	ne	down	d
2a	muon	µ	charm	c
	neutrino µ	nµ	strange	s
3a	tau		top	t
	neutrino	n	bottom	b

Las partículas de la materia también llevan cargas que las hacen susceptibles a las fuerzas fundamentales según lo descrito en la sección siguiente.

• Cada quark puede llevar tres cargas de color - roja, verde o azul, permitiéndoles participar en interacciones fuertes.
• Los quarks tipo up (up, top o charm) llevan una carga eléctrica de +2/3, y los tipo down (down, strange y bottom) llevan una carga eléctrica de -1/3, permitiendo a ambos tipos participar en interacciones electromagnéticas.
• Los leptones no llevan ninguna carga de color - son neutros en este sentido, evitándose que participen en interacciones fuertes.
• Los leptones tipo down (el electrón, el muon, y el lepton tau) llevan una carga eléctrica de -1, permitiéndoles participar en interacciones electromagnéticas.
• Los leptones tipo up (los neutrinos) no llevan ninguna carga eléctrica, evitándose que participen en interacciones electromagnéticas.
• Los quarks y los leptones llevan varias cargas de sabor, incluyendo el isospin débil, permitiendo a todas ellas interaccionar recíprocamente vía la interacción nuclear débil.

Pares de cada grupo (un quark tipo up, un quark tipo down, un lepton tipo down y su neutrino correspondiente) forman las familias. Las partículas correspondientes entre cada familia son idénticas la una a la otra, a excepción de su masa y de una característica conocida como su sabor.

Las fuerzas en la física son la forma en que las partículas interactúan recíprocamente y se influyen mutuamente. A nivel macroscópico, por ejemplo, la fuerza electromagnética permite que las partículas interactúen con campos magnéticos y por medio de ellos, y la fuerza de la gravitación permite que dos partículas con masa se atraigan una a otra de acuerdo con la ley de gravitación de Newton. El modelo estándar explica tales fuerzas como el resultado del intercambio de otras partículas por parte de las partículas de materia, conocidas como partículas mediadoras de la fuerza. Cuando se intercambia una partícula mediadora de la fuerza, a nivel macroscópico el efecto es equivalente a una fuerza que influencia a las dos, y se dice que la partícula ha mediado (es decir, ha sido el agente de) esa fuerza. Se cree que las partículas mediadoras de fuerza son la razón por la que existen las fuerzas y las interacciones entre las partículas observadas en el laboratorio y en el universo.

Las partículas mediadoras de fuerza descritas por el modelo estándar también tienen spin (al igual que las partículas de materia), pero en su caso, el valor del spin es 1, significando que todas las partículas mediadoras de fuerza son bosones. Consecuentemente, no siguen el principio de exclusión de Pauli. Los diversos tipos de partículas mediadoras de fuerza son descritas a continuación.

• Los fotones median la fuerza electromagnética entre las partículas eléctricamente cargadas. El fotón no tiene masa y está descrito por la teoría de la electrodinámica cuántica.

• Los bosones de gauge W⁺, W^–, y Z⁰ median las interacciones nucleares débiles entre las partículas de diversos sabores (todos los quarks y leptones). Son masivos, con el Z⁰ más masivo que el . Las interacciones débiles que implican al  actúan exclusivamente en partículas zurdas y no sobre las antipartículas zurdas. Además, el  lleva una carga eléctrica de +1 y -1 y participa en las interacciones electromagnéticas. El bosón eléctricamente neutro Z⁰ interactúa con ambas partículas y antipartículas zurdas. Estos tres bosones gauge junto con los fotones se agrupan juntos y medían colectivamente las interacciones electrodébiles.

• Los ocho gluones median las interacciones nucleares fuertes entre las partículas cargadas con color (los quarks). Los gluones no tienen masa. La multiplicidad de los gluones se etiqueta por las combinaciones del color y de una carga de anticolor (es decir, Rojo-anti-Verde). Como el gluon tiene una carga efectiva de color, pueden interactuar entre sí mismos. Los gluones y sus interacciones se describen mediante la teoría de la cromodinámica cuántica.

Las interacciones entre todas las partículas descritas por el modelo estándar se resumen en la ilustración siguiente.

Interacciones descritas por el Modelo Estándar junto con los grupos gauge y los bosones asociados a cada una de ellas. En la columna de la izquierda se representan las constantes fundamentales que indican la fuerza relativa de cada interacción.

Interacción	Grupo gauge	Bosón	Símbolo	Fuerza relativa
Electromagnética	U(1)	fotón	Ɣ	aem = 1/137
Débil	SU(2)	bosones intermedios	W±, Z0	aweak = 1,02 · 10-5
Fuerte	SU(3)	gluones (8 tipos)	g	as(MZ) = 0,121