Si las cosas fueran así de simple. Los físicos de partículas se siguen preguntando si esa partícula verdaderamente es el plato fuerte del modelo estándar. Y mientras tanto, pensamientos aún más subversivos están haciendo rondas: si lo es, ¿aún la queremos?Los garabatos de Higgs estaban dirigidos a resolver un problema bastante difícil de comprender. De vuelta en la década de 1960, los físicos estaban excitados con su capacidad para describir los campos y fuerzas electromagnéticos a través del intercambio de fotones sin masa. Desesperadamente querían una teoría cuántica similar para la fuerza nuclear débil, pero rápidamente se toparon con un problema: los cálculos exigían que las partículas que transmitían esta fuerza, ahora conocidos como los bosones W y Z, deberían tambien ser sin masa ,pero en realidad, pesan alrededor de 80 y 90 gigaelectronvoltios (GeV), casi 100 veces más pesados que un protón.La solución que se le ocurrió a Higgs y otros fue un nuevo campo que llena el espacio, dando al vacío una energía positiva que a su vez podría impregnar a las partículas con diferentes cantidades de masa, de acuerdo con lo mucho que interactán con él. La partícula cuántica de este campo era el bosón de Higgs.A medida que el modelo estándar fue tomando forma, se puso de manifiesto lo importante que era encontrar esta partícula. El modelo exigía que en el universo caliente muy temprano las fuerzas nucleares débiles y ectromagnéticas eran una. Fue sólo cuando el campo de Higgs surgió aproximadamente a una mil millonésima parte de un segundo o menos después del Big Bang que el par de fuerzas se dividieron, en una transición catastrófica conocida como ruptura de la simetría electrodébil. Los bosones W y Z engordaron y se retiraron a los confines subatómicos, el fotón, por su parte, escapó sin masa y la fuerza electromagnética ganó su actual infinito alcance. Al mismo tiempo, las partículas fundamentales que componen la materia - cosas tales como los electrones y quarks, colectivamente conocidos como fermiones - interactuaban con el campo de Higgs y adquirieron tambien su masa. Un universo ordenado con una jerarquía establecida de masas surgió de un manicomio sin masa.Es una bonita historia, pero que algunos encuentran un poco artificial. "El mínimo Higgs del modelo estándar es como un cuento de hadas", dice Guido Altarelli del CERN cerca de Ginebra, Suiza. "Es un modelo de juguete para que la teoría coincida con los datos, una muleta para permitir que el modelo estándar camine un poco más, hasta que venga algo mejor". Su problema es que el modelo estándar es manifiestamente incompleto. Predice el resultado de los experimentos con partículas normales a una precisión de varios decimales, pero es frustrantemente mudo con respecto a la gravedad, la materia oscura y otros componentes del cosmos que conocemos o sospechamos que existen. Lo que necesitamos, dicen Altarelli y otros, no es un Higgs estándar en lo absoluto, sino algo sutil o radicalmente diferente - una clave para una teoría más profunda. Sin embargo, hasta el momento, el bosón de Higgs parece frustrantemente simple y llano. La partícula nacida el 4 de julio fue descubierta tras examinar a través de los desechos de miles de millones de colisiones entre protones dentro de los poderosos detectores ATLAS y CMS en el Gran Colisionador de Hadrones del CERN. Para empezar, se ha visto desintegrarse en los bosones W y Z, exactamente lo que usted esperaría de una partícula que los dota a ellos con masa. Aun así, una identificación definitiva depende de las mediciones más incómoda de las propiedades cuánticas de la partícula "La tarea que tenemos ante nosotros ahora es diez veces más difícil de lo que el descubrimiento era", dice Dave Newbold, de la Universidad de Bristol, Reino Unido, un miembro de la colaboración CMS.
el bosón de Higgs del modelo estándar tiene que pasar por muchos test,cualquier desviación de su comportamiento esperado podría ser el signo de una largamente esperada "nueva física".Crédito.Newscientist.
Más allá de esto, un Higgs del modelo estándar tiene que decaer no sólo en bosones transmisores de fuerza, sino también en fermiones que componen a la materia. Aquí las aguas son un poco más turbia. La partícula también fue vista desintegrándose en dos fotones, lo cual es una prueba indirecta de que interactúa con el más pesado tipo de quark, el quark top: de acuerdo con la teoría, el bosón de Higgs no puede interactuar directamente con los fotones, ya que no tiene carga eléctrica, por lo cual primero se divide en un par de quarks y antiquarks tops que a su vez irradian fotones. Otra prueba provisional para las interacciones fermionicas provienen de los EE.UU., donde los investigadores del ahora difunto colisionador Tevatron en el Fermilab en Batavia, Illinois, han visto un atisbo de la partícula decaer en quarks bottoms (ver aquí). Pero igualmente, el detector CMS ha medido un déficit de desintegraciones en leptones tau, un primo más pesado del electrón. Si se consolidan estos resultados, se podría comenzar a entrar en conflicto con las predicciones del modelo estándar. Tanto ATLAS y CMS ven más desintegraciones en fotones de lo esperado, tal vez señalando la influencia de nuevos procesos y partículas más allá del modelo estándar. Es demasiado pronto para sacar conclusiones firmes. Porque sabemos bastante bien que la masa de la nueva partícula está alrededor de 125 GeV, o 223 millonésimas de una mil millonésima de un microgramo - podemos precisar las tasas en las cuales ella debería decaer en partículas diferentes con una precisión de alrededor del 1 por ciento, si es el Higgs del modelo estándar. Debido al número limitado de desintegraciones visto hasta ahora, la incertidumbre en la medición en las tasas de desintegración de la nueva partícula es de 20 o incluso 30 por ciento. A finales de año, ATLAS y CMS tendrá alrededor de las dos y media veces los datos utilizados para el anuncio de julio, pero que aún no reducirá la incertidumbre lo suficiente.Entonces, el LHC se cerrará durante un máximo de dos años para ser reacondicionado para colisionar protones a altas energías. " Probablemente no vamos a aprender mucho más acerca de la nueva partícula en el futuro inmediato", dice Newbold. Lo que a los físicos le gustaría para llenar este vacío es un nuevo colisionador. El LHC no es exactamente ideal de todos modos: el colisiona protones y los protones son sacos de quarks y otros componentes que hacen de las mediciones un negocio sucio. Los investigadores están presionando por un más limpio colisionador electrón-positrón, posiblemente en Japón, para cerrar el archivo del Higgs, pero eso también es una perspectiva lejana. Así que nos quedamos con una partícula que se ve como el bosón de Higgs estándar, pero no podemos probarlo completamente. Y eso nos deja frente a un elefante en el túnel del acelerador: si es el Higgs del modelo estándar, ¿cómo puede estar allí en primer lugar?El problema radica en la predicción de la teoría cuántica, confirmada por los experimentos en el anterior mega-acelerador, el Gran Colisionador de Electrones Positrones del CERN, que las partículas absorben y emiten espontáneamente partículas "virtuales" tras pedir prestada energía del vacío. Debido a que el bosón de Higgs en sí mismo reúne masa de todo lo que toca, estos procesos deberían hacer inflar su masa desde la región de 100 GeV a 1019 GeV. En este punto, conocida como la escala de Planck, las fuerzas fundamentales se vuelven locas y la gravedad – la débilmente comparativa de todas ellas - se vuelve tan fuerte como todas las demás. La consecuencia es un universo de alta tensión lleno de agujeros negros y extrañas deformaciones del espacio-tiempo. Una forma de evitar este desastre es ajustar la intensidad de las fluctuaciones de las partículas virtuales que causan el problema, de modo que todas ellas se anulen, frenando a la masa del Higgs y haciendo un universo más como el que vemos. La única manera de hacer eso, manteniendo una apariencia de dignidad teórica, dice Altarelli, es invocar una conspiración provocada por una adecuada nueva simetría de la naturaleza. "Pero donde hay una conspiración debe haber conspiradores". Por el momento, la mayoría de los físicos ven a esos conspiradores en las supercompañeras hipotéticas, o "spartículas", predichas por la teoría de la supersimetría. Una de estas spartículas se asociaría a cada partícula del modelo estándar, con las fluctuaciones de las socias cuidadosamente anulándose entre sí. Estas spartículas deben ser muy pesadas: el LHC se ha unido a las filas de los aceleradores de partículas anteriores para descartar a ellas por debajo de una cierta masa, en la actualidad alrededor de 10 veces la masa del supuesto bosón de Higgs. Eso ya ha ejercido una fuerte presión, incluso en los modelos más simples supersimétricos. Pero no todo está perdido, según James Wells del grupo de teoría del CERN. Si usted no encuentra spartículas con masas más bajas, puede hacer girar la teoría, hasta cierto punto, para que aparezcan en altas masas. "Esperábamos que el bosón de Higgs sería encontrado y que un grupo de apoyo se encontraría con él, pero no necesariamente en la misma escala de energía ", dice. Aun así, las reglas del juego no se pueden cambiar demasiado: si las spartículas son demasiado pesadas,ellas no estabilizarían la masa del Higgs en una convincente manera "natural".Las Spartículas también están acaloradamente buscadas como candidatas para formar la materia oscura del universo. Estas spartículas son un nuevo intento para llenar el vacío entre donde el bosón de Higgs "debe estar" – en la escala de Planck - y dónde se encuentra realmente. El más extraño escenario de todos ellos, sin embargo, es que si no hay más que confusión entre las energías en el que el modelo estándar se mantiene firme y los de la escala de Planck, donde las teorías cuánticas de campo y de la gravedad de Einstein se descomponen. ¿Entonces cómo se explica la enorme discrepancia entre la masa del Higgs real y la predicha por la teoría cuántica?. Una solución es simplemente aceptarlo: si las cosas no fueran así, las masas de todas las partículas y la intensidad de sus interacciones serían muy diferente, la materia tal como la conocemos no existiría, y no estaríamos aquí para preocuparnos por estas cuestiones . Tal razonamiento antrópico, que utiliza nuestra existencia para excluir ciertas propiedades del universo que podrían haber sido posible, a menudo se vincula con el concepto de multiverso - la idea de que existen innumerables universos allí afuera donde toda la física es posible. Para muchos físicos, es una excusa. "Parece como si fuera una excusa para renunciar a explicaciones más profundas del mundo, y no queremos renunciar," dice Jon Butterworth, del University College de Londres, quien trabaja en el experimento ATLAS. Pero un segundo hecho sobre la nueva partícula da una pausa para la reflexión renovada. No sólo es su masa 125 GeV mucho menos de lo que debería ser, ella es casi tan pequeña como pudiera ser sin arrastrar al universo en otra transición catastrófica. Si ella fuera sólo unos pocos Gev más ligera, la intensidad de las interacciones del Higgs cambiaría de tal manera que el estado más bajo de energía del vacío descendería por debajo de cero. El universo podría entonces en algún momento repentino"construir un tunel" en este extraño estado, de nuevo instantáneamente cambiando la configuración completa de las partículas y de las fuerzas y arrasando estructuras tales como los átomos. Como están las cosas, el universo está aparentemente tambaleándose al borde de la estabilidad eterna y la ruina total. "Es una coincidencia interesante que estamos justo en la frontera entre estas dos fases", dice el teórico del CERN Gian Giudice, quien se dedicó a calcular las implicaciones de un Higgs 125 GeV tan pronto como los fuertes indicios primero salieron del LHC en diciembre pasado año (ver aqui , aquí y aquí). Él no sabe cuál es la respuesta. En cualquier caso, el hallazgo de cualquier nueva partícula cambiará el juego una vez más. "Hay muchas preguntas en la historia de la ciencia cuyas respuestas han resultado ser ambientales y no fundamentales", afirma Giudice. "El más mínimo indicio de la nueva física y mi cálculo será olvidado.". Los garabatos de Higgs parecen haberse convertido en realidad - pero para una vuelta de tuerca más satisfactoria para el cuento, debemos esperar algunos otros garabatos mostrando similares signos de vida en breve.
Reflexiones sobre Spin .
Para que una partícula sea confirmada como un bosón de Higgs, debe pasar unas pruebas muy estrictas. El primero es el valor del spin mecánico cuántico Las partículas de materia como los electrones y fermiones - tienen espines de ½. Los Bosones que transmiten fuerzas tienen spin de números enteros: los fotones, por ejemplo, tienen un espín de 1. Para hacer que la física tal como la conocemos trabaje, el campo de Higgs debe tener el mismo aspecto en todas partes. Esto sólo es posible si el Higgs no tiene spin en lo absoluto. Los resultados experimentales de Gran Colisionador de Hadrones del CERN (LHC) ya indican que la partícula anunciada en julio es una partícula de spin-0 o spin-2: la cual se descompone en pares de fotones.Chiara Mariotti de la colaboración CMS del LHC piensa que es "muy probable" que la nueva partícula tiene espín 0 basadas en la evidencia que ya tenemos pero las mediciones más finas son necesarias para estar seguro.El Higgs también debe tener paridad par, lo que significa que se comporta exactamente de la misma manera que cuando se observa en un espejo. Los ajustes por spin y paridad deberían permitir a los físicos identificar defectos de carácter evidentes. Eso debería ser factible con los datos del LHC que se han recogido a finales de año - pero eso es sólo el comienzo del proceso. fuente de la información:
http://www.newscientist.com/article/mg21628901.500-particle-headache-why-the-higgs-could-spell-disaster.html
