21/Mar/09

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Acotan la masa del bosón de Higgs

El bosón de Higgs sería una partícula más ligera de lo que se pensaba. Esto dificultaría su posible detección en caso de que exista.

Es bosón de Higgs es el Santo Grial de la Física de Altas Energías actual. Se cree que gracia a él las partícula adquieren masa. Es un bosón porque tiene spin entero y respondería a la estadística de Bose Einstein, a diferencia de los fermiones que son de spin semientero y responden a la estadística de Fermi-Dirac*.

El Modelo Estándar de partículas describe tres familias de partículas compuestas por quarks y leptones. Los quarks y leptones estables forman la materia de la usted y lo que le rodea están hechos. Los bosones serían las partículas mediadoras de las fuerzas fundamentales, como los fotones que son los responsables de la fuerza electromagnética o los gluones (del glue, "pegamento" en inglés**) que mantendrían a los quarks unidos entre sí formando, por ejemplo, protones. También están los bosones W y Z que median en la fuerza nuclear débil y que controla las desintegraciones nucleares. Sin la fuerza débil el Sol no funcionaría y usted no estaría aquí leyendo esto.

El bosón de Higgs tiene una categoría especial. Se llama "de Higgs" por Peter Higgs, un profesor de la Universidad de Edimburgo que descubrió un mecanismo teórico mediante el cual las partículas podían adquirir masa. Un campo especial llenaría todo el espacio, sería el campo de Higgs, y todas las demás partículas interaccionarían con él. A más interacción (con las partículas virtuales de Higgs que compondrían ese campo) más difícil les sería moverse por el espacio, de tal modo que nosotros lo veríamos como que estas partículas adquieren una masa. Si no hay interacción la masa es nula y las partículas se pueden mover a la velocidad de la luz como le pasa a los fotones. El mecanismo de Higgs es elegante y permite al Modelo Estándar estar casi completo. Pero todavía no se ha demostrado la existencia de este campo de Higgs. En un momento de idiotez supina algún iluminado (espero que alejado del mundo de la Física) denominó a la partícula de Higgs la "partícula de Dios".

El Modelo Estándar ha tenido mucho éxito en Física y permite describir bien la realidad de las partículas elementales siempre y cuando no contemos con la gravedad y no nos desagrade la introducción de parámetros libres cuyos valores debemos de poner desde fuera a dedo. Estas dos insatisfacciones llevó a los teóricos de cuerdas a enredarse desde hace décadas y ya están a punto de ahorcarse con ellas en un espacio de múltiples dimensiones.

Pero materializar partículas a veces no es sencillo. Pueden hacer su trabajo en el plano virtual, sin tener consistencia material, pero si queremos verlas debemos obtenerlas en un acelerador de partículas. Si hacemos chocar dos partículas a velocidad relativista la energía desprendida puede dar origen a otras partículas, incluso a aquellas inestables y muy pesadas. Sólo hace falta introducir suficiente energía como para que haya, en su traducción en masa, la partícula que buscamos, y aparecerán una vez entre muchas. Cuanto más pesada es la partícula que queremos crear más difícil es la tarea.

Para hallar el Higgs el CERN construyó el LHC, que debido a los parones invernales y al accidente que tuvo al ser inaugurado todavía no ha dicho esta boca es mía desde que que se inauguró en septiembre pasado. Esperan ponerlo en marcha de nuevo en algún momento a finales de este año. El LHC ha costado mucho dinero y se tiene muchas esperanzas depositadas en él. Su contrincante, el Tevatrón, está en el Fermilab y tiene una potencia más modesta (un quinto la del LHC) pero que sigue funcionando y los han mejorado y actualizado. Las carreras científicas de algunos físicos y la tesis doctorales de algunos estudiantes penden de un hilo debido al inmenso retraso que hay en este campo de la Física, porque además de la supuesta observación de un quarks individual publicada hace unos días no se ha descubierto nada nuevo en este campo en las últimas décadas.

Así estaba la situación hasta que hace unos días un equipo del Fermilab acotó la posible masa del bosón de Higgs, dando la gama energética para la cual no lo han encontrado. Por tanto el Higgs no existe, bajo un grado de confianza alto (un 95%), ese intervalo. Han utilizado los datos obtenidos en el Tevatrón del Fermilab.

Según este resultado el bosón de Higgs no sería una partícula tan pesada como se creía y que tanto al LHC como al Tevatrón no les será fácil detectarla. El bosón de Higgs aparecerá entre muchas otras entre los subproductos de las colisiones no muy energéticas y no limpiamente en las colisiones a muy alta energía como se esperaba. Ambos aceleradores tendrán problemas para aislarlo.

Los datos utilizados provienen del experimento Dzero (experimento es la palabra que este tipo de físicos utiliza para designar un complejo de detectores) del Tevatrom obtenidos desde 2001 en colisiones protón-antiprotón.

En concreto calculan que el Higgs no tiene una energía (o una masa proporcional) comprendida entre 160 y 170 gigaelectrónvoltios (GeV) y que si existe su masa probablemente esté por debajo de esos valores. Anteriormente se calculó que su masa estaría entre 114 y 185 GeV/c2 utilizando datos del LEP para el límite inferior y datos indirectos con un margen del 95% para el superior. Es decir, que si existe lo más probable es que tenga una masa entre 114 y 160 GeV/c2, o quizás por encima de 180 GeVc2 (lo que implicaría que no conocemos bien la Física a esas escalas). De hecho ya tienen resultados parciales que excluyen (con un margen de confianza del 90%) la gama 158-180 GeV/c2 aproximadamente.

En el Tevatrón se producen 10 millones de colisiones por segundo y en el LHC se producirán aún más. Quizás en alguna de esas colisiones se produzca un Higgs que a su vez se desintegre en otras partículas. No va a ser sencillo encontrarlo, pero ya queda casi descartado en la franja anunciada. Incluso si el Tevatrón continua funcionando hasta 2011 sólo tendrá un 30% de posibilidades de dar con un Higgs. Algo que debido a los recortes presupuestarios parece incluso más difícil de alcanzar que detectar el Higgs.

Pudiera ocurrir que tanto el LHC como el Tevatrón excluyan el Higgs en toda la gama de masas desde los 114 hasta los 185 GeV/c2. Sólo el LHC puede alcanzar una energía más allá de ese punto y sólo hasta el límite de energía para el que ha sido diseñado. Pudiera ser incluso que el Higgs, o ya algo similar, tuviera una masa aún mayor o que incluso que no existiera en absoluto.

Por su parte el propio Peter Higgs, que ya está muy mayor, probablemente espera con los dedos cruzados a que se descubra su partícula antes de morirse y recibir por ello el Nobel y su cuota de inmortalidad. O quizás espera a reírse gracias a la broma macabra de ultratumba más costosa de la Historia si finalmente se demuestra que esta partícula no existe.

*A una nivel elemental podemos describir estas dos estadísticas como si a los bosones les gustara estar juntos (mismo estado cuántico) y a los fermiones les gustara estar separados a la manera de los viajeros de una vagón de metro semivacío (no pueden ocupar el mismo estado cuántico).

** Desde que los norteamericanos participan en Física de Partículas los nombres de las mismas son un poco mundanos. Al parecer ya sólo quedan los botánicos y zoólogos como guardianes del latín y griego clásico.

Fuente: NeoFronteras. Aportado por Gustavo A. Courault