Etiquetado: Higgs

El autor responde: Sean Carroll

Sean Carroll, autor de La partícula al final del universo: Del bosón de Higgs al umbral de un nuevo mundo (Debate), es físico teórico en el California Institute of Technology (Caltech), donde dio clase el gran Richard Feynman. (Curiosamente, aunque Carroll no ocupa el despacho de Feynman, sí utiliza su escritorio.)

Sean Carroll en su despacho en Caltech, posa orgulloso junto al escritorio que en su día utilizó Richard Feynman. Fuente: http://www.preposterousuniverse.com/blog/2006/09/24/who-got-feynmans-office/

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Sean Carroll: Las diez cosas más asombrosas del bosón de Higgs

[Tras una emocionante espera (el anuncio se ha retrasado más de una hora, al parecer porque Higgs no cogía el teléfono; han tenido que enviarle un email), el comité del Nobel, como cabía esperar, ha acordado otorgar el premio Nobel de Física 2013 al descubrimiento del bosón de Higgs. En particular, el premio ha recaído en el belga François Englert y el británico Peter Higgs, «por el descubrimiento teórico de un mecanismo que contribuye a nuestra comprensión del origen de la masa de las partículas subatómicas».

Sean Carroll, autor de La partícula al final del universo (Debate), estuvo presente en el anuncio del descubrimiento del bosón de Higgs, en el CERN, el 4 de julio del pasado 2012, y nos ofrece aquí una lista de «asombrosos datos sobre el bosón de Higgs que podéis usar para impresionar a los amigos y a futuribles conquistas románticas».]

1. No es la «partícula de Dios». Sí, la gente la llama partícula de Dios, porque ese es el nombre que le puso Leon Lederman en un libro del mismo título. Toda una genialidad de marketing, pero totalmente incorrecto. (¿No son todas ellas pequeñas partículas de Dios?) Como Lederman y su coautor Dick Teresi explican en el primer capítulo de su libro, «el editor no nos dejó llamarla partícula maldita [Goddam Particle, en inglés], que habría sido lo más apropiado, teniendo en cuenta su pérfida naturaleza y el dinero que se ha gastado en buscarla.»

2. Los premios Nobel están al caer, pero no sabemos para quién. [Ahora ya sí lo sabemos: Englert y Higgs] La idea del bosón de Higgs surgió en una serie de artículos científicos entre 1963 y 1964. Uno escrito por Philip Anderson, otro por François Englert y Robert Brout (ya fallecido), dos de Peter Higgs y uno más escrito por Gerald Guralnik, Richard Hagen y Tom Kibble. Tradicionalmente, cada año, el Nobel en Física se otorga a un máximo de tres personas, por lo que la decisión va a ser difícil. El descubrimiento experimental sin duda también merece el Nobel, pero en él han participado alrededor de 7.000 personas distribuidas en dos grandes experimentos, así que eso es aún más difícil. Podría recibir el Nobel alguien involucrado en la propia construcción del Gran Colisionador de Hadrones (LHC, Large Hadron Collider). O alguien podría convencer al comité del Nobel para que abandonase por anticuada la regla de las tres personas, y ese alguien podría recibir a su vez el Nobel de la Paz.

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El 4 de julio de 2012, físicos en Ginebra (Suiza) hicieron pública una declaración importantísima. Descubrieron el llamado bosón de Higgs. Una partícula, una pieza fundamental de la naturaleza que llevábamos buscando más de 40 años. En todos los rincones del mundo, cientos de millones de personas siguieron el anuncio, y se preguntaron: ¿Qué es eso del bosón de Higgs?Es una gran pregunta. Leon Lederman, físico ganador del premio Nobel, le puso el nombre de “partícula de Dios”, y desde entonces, durante años, los físicos han estado enfadados con él, porque el bosón de Higgs no tiene absolutamente nada que ver con Dios. Pero es muy, pero que muy importante. Tanto que el mundo ha invertido más de 9.000 millones de dólares en la construcción del Gran Colisionador de Hadrones (LHC), la máquina más compleja jamás construida, para buscar el Higgs y otras partículas similares. Es un anillo de 27 kilómetros de circunferencia, a casi 100 metros de profundidad, situado bajo la frontera entre Francia y Suiza.

Si uno pasea por los alrededores, lo único que ve son montañas, campos y vacas, pero bajo nuestros pies se encuentra esta máquina, que acelera protones hasta casi la velocidad de la luz y hace que choquen entre sí para crear nuevas partículas. Hemos encontrado una: el bosón de Higgs.

Soy Sean Carroll, físico en CalTech, y estuve en Ginebra el 4 de julio de 2012, para el anuncio del descubrimiento del Higgs. Vi cómo jóvenes físicos pasaban la noche al raso, esperando conseguir buenos sitios en la sala de conferencias. Escuché la ovación cerrada que tuvo lugar cuando se anunció el descubrimiento.

[Joe Incandela:] “… cinco desviaciones estándar”.

Vi cómo la gente se emocionaba, incluso soltaba alguna lagrimita, ante un descubrimiento que ha tardado décadas en llegar. En cierto sentido, el Higgs supone el final de una era. En mi nuevo libro, “The Particle At The End Of The Universe”, intento explicar por qué es tan importante. Por qué personas muy inteligentes y entregadas dedican tantos esfuerzos a encontrar esta partícula. Lo que significa es la culminación del Modelo Estándar de la física de partículas, la teoría que explica los átomos de los que estamos compuestos tú, yo y todo lo que vemos en nuestro día a día.

Pero entender esa parte no nos da respuesta para todas las preguntas que tenemos. Seguimos queriendo saber: ¿Por qué hay más materia que antimateria en el universo? ¿Qué son la materia oscura y la energía oscura que forman una parte tan importante de todo lo que hay en el universo? ¿Cuál es el origen del universo en sí? Confiamos en que el bosón de Higgs sea una nueva herramienta con la que responder a esas cuestiones.

Una era termina y otra nueva comienza. Es como si nos hubiésemos pasado la vida entera investigando física en una habitación, y el Higgs fuese la puerta a la habitación de al lado. Será muy interesante ver qué hay en su interior.

3. Es probable que hayamos descubierto el Higgs, pero aún no estamos completamente seguros. Hemos descubierto algo, una nueva partícula, de eso no cabe duda. Pero como con cualquier nuevo descubrimiento, necesitamos tiempo (y, en este caso, más datos) para estar absolutamente seguros de que entendemos lo que hemos descubierto. Una importante tarea durante los próximos años será la de determinar las propiedades de la nueva partícula, y comprobar si realmente se trata del Higgs que se predijo hace casi cinco décadas. Mejor si no lo es, desde luego: eso significaría que hay física nueva y excitante que aprender. Hasta ahora, parece que se trata del bosón de Higgs, por lo que es correcto hablar como si fuese eso lo que hemos descubierto, al menos hasta que aparezca alguna evidencia en sentido contrario.

4. El Gran Colisionador de Hadrones es absolutamente impresionante. El LHC, el aparato situado en Ginebra (Suiza) que descubrió el Higgs es la máquina más compleja que jamás se haya construido. Es un anillo de imanes y detectores experimentales, enterrado a 100 metros bajo el suelo y de 27 kilómetros de circunferencia. Toma protones, unos 100 billones cada vez, los acelera a un 99,999999% de la velocidad de la luz y hace que choquen entre sí más de 100 millones de veces por segundo. En la tubería que recorre el haz de protones se ha hecho el vacío, de manera que su densidad es menor de la que experimentaríamos en la Luna, y los imanes superconductores que la rodean se mantienen a una temperatura menor que la del espacio intergaláctico. La energía cinética total de los protones que dan vueltas al anillo es comparable a la de un tren de mercancías a toda velocidad. Por destacar una de entre tantas cifras asombrosas: si colocásemos en línea todo el cable eléctrico que se emplea en el LHC mediría unos 275.000 kilómetros, suficientes para darle casi siete vueltas completas a la Tierra.

5. El LHC nunca destruirá el mundo. ¿Recordáis a los agoreros? La gente temía que el LHC crease un agujero negro que se tragaría la Tierra, y que todos moriríamos. (Nunca quedó claro por qué los físicos que construyeron la máquina estarían tan dispuestos a sacrificar sus propias vidas.) Era un tontería, sobre todo porque dentro del LHC no sucede nada que no se tenga lugar continuamente en el espacio. El 19 de septiembre de 2008 el LHC sufrió un contratiempo importante cuando un imán prácticamente explotó, aunque nadie resultó herido. A día de hoy, la lista de bajas del LHC está formada en su mayoría por las teorías más populares de la nueva física, cuya posible validez es puesta en entredicho cada vez que se obtienen nuevos datos.

6. En realidad, el bosón de Higgs no es tan importante. El bosón no es más que una partícula. Lo importante es algo llamado «mecanismo de Higgs». Lo que despierta el entusiasmo de la gente es el campo de Higgs, del que surge la partícula. La física moderna —en particular, la teoría cuántica de campos— afirma que todas las partículas son simplemente vibraciones de algún campo. El fotón es una vibración del campo electromagnético, el electrón es una vibración del campo de electrones, etcétera. (Esa es la razón por la que todos los electrones poseen la misma masa y carga: son vibraciones del mismo campo fundamental que se extiende por todo el universo.) Es el campo de Higgs, presente en el espacio vacío, el que hace que el universo sea interesante. Encontrar el bosón es emocionante porque significa que el campo existe realmente. Por eso es tan difícil explicar la importancia del Higgs en pocas palabras: ¡primero hay que explicar la teoría de campos!

7. El mecanismo de Higgs hace que el universo sea interesante. Si no fuese por el campo de Higgs (o alguna otra cosa que cumpliese su misma función), todas las partículas elementales de la naturaleza, como los electrones y los quarks, carecerían de masa. Las leyes de la física nos dicen que el tamaño de un átomo depende de la masa de los electrones que están ligados a él: cuanto más ligeron fuesen éstos, más grande sería el átomo. Si los electrones no tuviesen masa, los átomos tendrían el tamaño del universo entero. O, lo que es lo mismo, no habría átomos. De manera que, sin el Higgs, no habría átomos, ni química, ni vida tal y como la conocemos. Lo cual no es poca cosa.

8. Nuestra masa no se debe al Higgs. El el punto anterior hicimos la precisión de atribuir la masa de las partículas «elementales» al mecanismo de Higgs. Pero la mayor parte de la masa de nuestro cuerpo procede de los protones y neutrones, que no son en absoluto partículas elementales. Son conjuntos de quarks que los gluones mantienen unidos. La mayor parte de su masa se debe a las energías de interacción de esos quarks y gluones, y básicamente no sufriría ninguna alteración si el Higgs no existiese. Así que, sin el Higgs, seguiríamos teniendo protones y neutrones con masa, aunque sus propiedades serían muy distintas.

9. No habrá mochilas a propulsión. Hay gente que cree que, como el Higgs tiene algo que ver con la «masa», de alguna manera está relacionado con la gravedad, y que si aprendemos a controlarlo seremos capaces de «apagar» y «encender» la gravedad. Por desgracia, eso no es cierto. Como hemos dicho antes, la mayor parte de nuestra masa no se debe al campo de Higgs. Pero es que, además, no hay ninguna perspectiva realista de «controlar el campo de Higgs». Pensémoslo así: modificar el valor del campo en cualquier región del espacio cuesta energía, y la energía equivale a masa (a través de la famosa ecuación de Einstein E = mc2). Si tomásemos una región del espacio del tamaño de una pelota de golf y «apagásemos» el campo de Higgs en su interior, acabaríamos con una cantidad de masa mayor que la de la Tierra, y habríamos creado un agujero negro. No es algo factible. No nos hemos dedicado a buscar el Higgs porque pensásemos que tendría aplicaciones tecnológicas en el futuro, sino porque queremos entender cómo funciona el mundo.

10. Ahora viene lo difícil. El descubrimiento del Higgs completa el Modelo Estándar; comprendemos completamente las leyes de la física que rigen nuestro día a día. Esto es algo impresionante: es un proyecto en el que la especie humana lleva trabajando al menos 2.500 años, desde que Demócrito, en la antigua Grecia, propuso por primera vez la existencia de átomos. Aún hay mucha física que no entendemos, desde la materia oscura al origen del universo, por no hablar de problemas complicados como la turbulencia, la neurociencia o la política. De hecho, esperamos que el estudio del Higgs nos dé nuevas pistas sobre la matería oscura y otros enigmas. Pero ahora comprendemos cuáles son los elementos básicos que constituyen el mundo que tenemos a nuestro alrededor. Es un triunfo del ser humano: en el futuro, la historia de la física se dividirá en la era pre-Higgs y la era post-Higgs.

¡Bridemos por esa nueva era!

Texto original: Top Ten Amazing Facs About the Higgs Boson, en Preposterous Universe, el blog de Sean Carroll (13 de noviembre de 2012)

La partícula al final del universo: Del bosón de Higgs al umbral de un nuevo mundo, de Sean Carroll (Editorial Debate)