Encontrando la Partícula de Higgs: Capítulo 1.

Introducción

El autor recibe una llamada telefónica en la madrugada, mostrando lo difícil que es trabajar con el CERN en el colisionador de hadrones. El hecho de que haya tanta gente trabajando arduamente sólo para encontrar respuestas a preguntas fundamentales sin ninguna otra motivación es una prueba de que la ciencia es algo extremadamente interesante. El autor se siente obligado a compartir con el público general este interés, especialmente que ahora (año 2013) se ha descubierto una partícula que parece ser el bosón de Higgs y ese es el objetivo de este libro: Explicar cómo se llegó a eso, por qué es importante y tratar de compartir ese sentimiento con los lectores.

Capítulo 1. La masa de las partículas que define la forma del universo.

Se ha hablado de que en el año 2013 se ha descubierto una partícula que podría ser el bosón de Higgs. Pero ¿qué es el bosón de Higgs? Para poder describir esto, en este capítulo vamos a describir cómo se relaciona la física de partículas con el universo, introduciendo la importancia de la masa que se cree que se obtiene a partir del bosón de Higgs. En los capítulos consecuentes se describirá más detalladamente qué es el bosón de Higgs y cómo se llevan a cabo los experimentos en el campo de la física de partículas.

Parte 1. La relación entre las partículas y el universo.

Muchas preguntas fundamentales sobre el origen del universo solían ser parte del campo de la filosofía, pero ahora son parte de la cosmología. Sin embargo, para responder esas preguntas, es necesario estudiar la física de partículas.

Pero ¿cómo se relaciona algo tan pequeño como las partículas subatómicas con el universo en su vasta extensión? Sheldon Glashow, premio Nobel de física en 1979, introdujo la idea de que en el estudio snakede la naturaleza existe una jerarquía dependiendo del tamaño de las cosas, la cual se puede representar por medio de un uróboros; una serpiente que engulle su propia cola. Es evidente que diferentes campos estudian cosas de diferentes tamaños. Si vemos cosas más grandes que nosotros, podemos identificar campos como la geología, la ciencia espacial, la astronomía y finalmente la cosmología. Si vamos en el sentido contrario nos encontramos con la biología, la química, la física nuclear y la física de partículas.

El modelo del origen del universo más aceptado hoy en día es el del Big Bang. El origen de todo lo que hay en el universo, desde los átomos hasta las estrellas más grandes, fue un sólo punto. Para comprender el Big Bang es necesario entender el comportamiento de las partículas:

Tres minutos después de la formación del universo se formaron los primeros núcleos de hidrógeno y helio pero no fue sino hasta 380,000 años después que estos se juntaron con los electrones correspondientes para poder formar átomos. Durante este tiempo, el universo existió como un plasma de partículas cargadas. Los fotones existentes en ese entorno no podían viajar libremente  pues constantemente interactuaban con las partículas cargadas. Al formarse los átomos eléctricamente neutros (fenómeno conocido como la recombinación), la luz fue finalmente “liberada”. Si consideramos que el universo en ese momento debe haber tenido una temperatura cercana a los 3000 K, debido a la expansión del universo esperaríamos que esos fotones ahora tuvieran una energía equivalente a cerca de 3 K. Efectivamente, el descubrimiento (accidental) de la radiación de fondo de microondas por Wilson y Penzias que les valió el premio Nobel de física es una de las pruebas más grandes del Big Bang: Es una radiación que viene de todas las direcciones y a la temperatura estimada.

Se dice que para observar el pasado es necesario ver más lejos, pues la luz que viene de partes más lejanas del universo ha tardado más tiempo en llegar a nosotros. Sin embargo, la recombinación ocurrió sólo 380,000 años después de la formación del universo, y tomó muchísimo más tiempo que se formaran las primeras estrellas. Antes de eso el universo estaba constituido por un plasma de partículas que jamás podremos ver, pues no podemos observar nada anterior a la radiación de fondo de microondas. Entonces ¿cómo podemos observar las condiciones iniciales del universo? La respuesta está en la física de partículas: en los aceleradores de partículas es posible recrear las condiciones de temperatura y presión bajo las cuáles se encontraba el universo joven haciendo chocar partículas a velocidades cercanas a la velocidad de la luz. Es así como el uróboros se muerde la cola.

recombination

Recombinación

Parte 2: El universo y el origen de la masa.

En el capítulo 3 se explicará con mayor detalle qué es el bosón de Higgs, pero ahora basta con saber que es una partícula que le da su masa a las otras partículas. La masa es un factor importantísimo para que el universo tenga la forma que tiene: si las partículas no tuvieran masa todo se movería a la velocidad de la luz (por la teoría de la relatividad especial) y no podrían formarse átomos. Tendríamos un universo muy aburrido donde todas las partículas existen infinitamente en ese estado. Hay que tener en cuenta, sin embargo, que es erróneo decir que el bosón de Higgs es “el origen de la masa de todas las cosas”. Es el origen de la masa de todas las partículas, pero no de todas las cosas. Aunque esto parezca no tener sentido, es parte del misterio del mundo de las partículas y lo entenderemos mejor más adelante en el capítulo cuatro.

Parte 3: El descubrimiento de una nueva partícula: Empieza una revolución.

Han pasado cerca de cuarenta años desde que se teorizó sobre el bosón de Higgs y se podría decir que su descubrimiento es uno de los temas más importantes (si no el más importante) en la física de partículas. Pero esto no significa que no haya más que estudiar. Por el contrario, probar la existencia del bosón de Higgs nos permite decidir en qué camino se continuará estudiando en este campo. Esto es debido a que existe un fenómeno llamado el “problema de jerarquía” en caso de que el bosón de Higgs exista y para poder resolverlo hay muchos caminos propuesto como las teorías de dimensiones múltiples y la supersimetría. Es por ello que el bosón de Higgs es un punto clave que define el futuro de la física y se puede decir que es el inicio de una revolución en esa área.

 

Gracias por leer esta entrada. Puedes seguir The Relearner en Facebook, Twitter e Instagram para ver nuestras entradas más recientes en tus redes sociales. The Relearner trabaja para ti y también gracias a ti, así que por favor dale un vistazo a nuestra sección “Apóyanos” en nuestro blog. Comparte esta entrada en Facebook, Twitter o Instagram con el hashtag #TheRelearner y dinos cuál es tu libro científico favorito. Podrás tener la oportunidad de ganar un bonito souvenir de la Universidad de Nagoya. Un ganador será elegido cada mes. Gracias y ¡hasta la próxima!

Figura 1. Sheldon Glashow, sketch reproduced in T. Ferris, New York Times Magazine, Sept. 26, 1982, p. 38.

Figura 2. Official site of chronological scientific tables
https://www.rikanenpyo.jp/FAQ/tenmon/faq_ten_009.html

 

Advertisements

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s