El Bosón de Higgs

El origen del universo siempre ha sido un tema controversial, esto se debe a que aún hay mucho por investigar y con ello dar respuesta a las preguntas que se plantea la Física Moderna. Hasta el momento, el Modelo Estándar es la teoría aceptada por los físicos, que se utiliza para describir el comportamiento de las partículas elementales que componen el universo, los campos que existen, su interacción, y así entender el génesis y funcionamiento del mismo.

Sin embargo, existe un descubrimiento que ha venido a “completar una visión del universo”, aclarando una de las interrogantes más importantes: ¿Cuál es el origen de la masa (y por tanto de todo lo que podemos tocar y percibir, incluyendo al hombre)? La respuesta es el bosón de Higgs, más conocido como la partícula de Dios, hallazgo por el cual recientemente recibieron el Premio Nobel de Física Peter Higgs y François Englert, quienes desde hace 50 años predijeron la existencia de esta partícula.

El doctor Gerardo Herrera Corral, investigador titular del Departamento de Física del Centro de Investigación y de Estudios Avanzados (Cinvestav) del Instituto Politécnico Nacional (IPN), involucrado en el proyecto por el cual fue posible comprobar la existencia del bosón de Higgs, nos brinda una explicación sobre el tema: “El bosón de Higgs es una partícula asociada a un campo. En la actual concepción de la naturaleza, todo lo que forma a la materia son campos. Existen campos de materia, campos de fuerza y el campo de Higgs. El campo de Higgs es tal que al interaccionar con los campos de fuerza y los campos de materia, les confiere una resistencia al movimiento. A esta inercia es a lo que los físicos llamamos masa. El campo de Higgs se manifiesta como una partícula con espín* cero; por este hecho de tener espín cero, se le llama bosón”.

Dr. Gerardo Herrera Corral, investigador titular del Departamento de Física del Cinvestav

¿Qué relación tiene el bosón de Higgs con la electricidad? El bosón de Higgs surgió con la intención de dar masa a los bosones de la interacción débil, dejando al fotón sin masa. El fotón es el responsable de la interacción electromagnética que gobierna todos los fenómenos eléctricos.

Para hacer posible el descubrimiento de la partícula de Higgs, se requirió invertir en tecnología y en equipo humano. De ahí surgió el Gran Colisionador de Hadrones (LHC, por sus siglas en inglés). Gerardo Herrera lo describe como “un acelerador de partículas donde se llevan a cabo colisiones entre protones y entre iones pesados a altas energías jamás logradas. Tiene el potencial de dar respuesta a las preguntas más importantes que se plantea la física moderna como: la existencia de dimensiones extras más allá de las que percibimos, porqué el universo está hecho de materia y no de antimateria, cómo era el universo temprano, etcétera.

Ver también: La electricidad y el átomo

Es precisamente esta última interrogante una de las que se busca responder con el experimento ALICE, en el que se encuentra Gerardo Herrera como líder del grupo mexicano, compuesto por alrededor de 35 personas, entre estudiantes e investigadores provenientes de diferentes instituciones: Cinvestav del IPN, Universidad Autónoma de Puebla, Universidad de Sinaloa y Universidad Nacional Autónoma de México. Es “una oportunidad para nuestros jóvenes de formarse en un ambiente competitivo de muchas áreas de la ciencia y la tecnología”.

ALICE (A Large Ion Collider Experiment, el gran experimento colisionador de iones) es uno de los 4 experimentos que componen el LHC. Éste tiene la misión de crear plasma de quarks y gluones (QGP, por sus siglas en inglés), estado por el que transitó la materia primigenia del universo, los primeros instantes después del gran estallido conocido como Big Bang. Apenas transcurridos 10 microsegundos de la creación del cosmos, este QGP se enfrío, propiciando la formación de protones y neutrones que se encuentran en el interior de los núcleos atómicos. En este experimento además de acelerar las partículas, también se les desacelera, se les frena y estudia su comportamiento y el Universo Temprano, gracias a lo cual se podrá saber qué fue lo primero que sucedió cuando se creó el Universo.

También “el experimento ALICE investiga el mecanismo espontáneo de simetría que está en el fondo del origen de la masa. Es el mismo mecanismo que da origen al Higgs. El rompimiento de simetría que se estudia en ALICE se refiere al de la simetría quiral y es el responsable del 98% de la masa que nos rodea”.

Estos son algunos datos interesantes del Gran Colisionador de Hadrones:

• Ubicación: Frontera Franco-Suiza, cerca de Ginebra (a 100 metros bajo tierra)


• Laboratorio: Centro Europeo de Investigaciones Nucleares (CERN, por sus siglas en francés)


• Objetivo: Recrear las primeras trillonésimas de segundo transcurridas tras la Gran Explosión que dio origen al universo.


• Funcionamiento: El LHC hace colisionar dos protones con una energía cinética total de 14 TeV (Teraelectronvoltios), (o dos iones de plomo a una energía total de 1140 TeV); después detecta y mide, a través de sus 4 experimentos (detectores), las propiedades de las nuevas partículas que se producen cuando la energía cinética se transforma en materia.


• Equipo humano: Más de 10 mil científicos de todo el mundo.


• Experimentos o detectores que lo componen: ATLAS, CMS, LHCb y ALICE.

1. ATLAS
Investiga una amplia gama de la física, incluyendo al bosón de Higgs y las dimensiones y partículas que podrían conformar la materia oscura. Es en el centro de este detector donde colisionan los haces de partículas.


2. CMS
Está diseñado para investigar una amplia gama de la física, como la búsqueda del bosón de Higgs, dimensiones extra, y las partículas que podrían conformar la materia oscura. A pesar de que tiene los mismos objetivos científicos que el ATLAS, utiliza diferentes soluciones técnicas y un diseño de imán diferente.


3. LHcb
Su objetivo es investigar las pequeñas diferencias entre la materia y la antimateria, mediante el estudio de un tipo de partícula llamada “beauty quark” o “quark b”. Se compone por un serie de subdetectores.


4. ALICE
Es un detector de iones pesados que se encuentra dentro del anillo del LHC. Está diseñado para estudiar la física de la interacción fuerte de materia a altas energías, creando quark-gluon, un estado de la materia que se formó poco después del Big Bang.

*El espín (derivado de la palabra spin, girar, en inglés) es una especie de unidad que determina cómo se muestra una partícula desde distintas direcciones.