Cómo explicar la partícula de Dios o el bosón de Higg, en un lenguaje muy simple

También tengo 15 años, así que lo mantendré lo más simple posible, pero podría ser un poco largo.

Todo lo que nos rodea está compuesto de materia y materia que yo, usted y todos los demás sabemos, está compuesta de átomos que a su vez están formados por partículas subatómicas. Anteriormente se pensaba que todo existía como partículas u ondas, más tarde De-Broglie, un físico, complicó las cosas al decir que los electrones, que se pensaba que se comportaban solo como las partículas se comportaban como ondas.

Estas ondas existían como campos de electrones y otros campos de partículas elementales como los quarks (que forman protones y neutrones) y los portadores de fuerza como los fotones (ondas electromagnéticas). El grupo de partículas que “portaban” fuerzas se llamaban bosones. Uno de esos bosones es el bosón de Higgs.

Así que ahora podrías preguntar: ¿qué fuerza tiene? Bueno, no creo que tenga un nombre como EM force.

Uf … eso fue realmente mucha información en solo dos párrafos … de todos modos, continuemos …

Estos bosones de Higgs, como mencioné anteriormente, son excitación en el campo de Higgs. El campo de Higgs está involucrado en un mecanismo que proporciona masa a toda la materia que tiene masa. Sin masa todo viajaría a la velocidad de la luz y el universo como sabemos que no existiría.

¿Como hace esto?

Es bastante simple en realidad. El campo de Higgs tiene un nivel de energía constante en todo este universo y actúa sobre toda la materia, como el arrastre (fricción fluida) que ralentiza las cosas a su velocidad. Cuanto mayor es la velocidad, mayor es la resistencia y aquí tienes tu teoría especial de la relatividad (a medida que te acercas a la velocidad de la luz, se necesitarán mayores cantidades de energía para acercarte más).

Espero que esto responda a tu pregunta. Sigue más respuestas 😉

Primero, el bosón de Higgs (que lleva el nombre de Peter Higgs, el físico británico que predijo su existencia) no tiene nada que ver con las dietas. Desafortunadamente, algunos periodistas científicos y divulgadores como Michio Kaku han decidido llamarlo “la partícula de Dios” sin ninguna razón. Deberías olvidar que alguna vez escuchaste esto.

De todos modos, en la teoría cuántica de campos, que es fácilmente la teoría más precisa de la materia que tenemos, todo lo que existe son campos. Cada campo es omnipresente (en todas partes). Cuando estos campos tienen energía y momento (excitaciones), llamamos a esas “partículas”. Entonces, por ejemplo, lo que llamamos un “electrón” es una excitación del campo de electrones. Un campo tiene un valor en todas partes en el espacio-tiempo; ese valor es cero para la mayoría de los campos en el vacío (esa es más o menos la definición de vacío), y distinto de cero donde hay alguna posibilidad de que se detecte una partícula.

Hay dos tipos principales de campos básicos: campos de bosones y campos de fermiones, cuyas excitaciones se llaman bosones y fermiones. En el nivel más básico, los bosones llevan impulso e interactúan con los fermiones de una manera que conocemos como “fuerza”. Algunos de ellos, como el bosón W de la interacción débil, pueden mediar otros tipos de interacciones, como cambiar un tipo de quark en otro.

Ahora, algunos campos (es decir, campos de leptones y campos de quark) tienen una propiedad que llamamos masa, que es una forma de energía que las excitaciones de los campos siempre tienen, sin importar qué tan rápido se muevan o qué estén haciendo. Entonces, por ejemplo, un electrón siempre tendrá una masa de aproximadamente [math] 511 [/ math] keV (miles de electronvoltios, que son la unidad más común de masa-energía en la física de partículas), sin importar qué tan rápido se mueva o con qué otros campos está interactuando. Entonces, es natural preguntarse por qué este es el caso: ¿por qué algunas partículas tienen masa y otras no? Y mientras estamos en eso, ¿las partículas que tienen masa siempre han tenido masa, incluso en los primeros momentos del universo?

Resulta que esas preguntas están estrechamente vinculadas, y en realidad vamos a responder primero la segunda. Y la respuesta es no; En el universo primitivo, los electrones y quarks y similares no tenían masa, al igual que un fotón no. Pero luego sucedió algo bastante extraño: uno de los campos, a saber, el campo de Higgs, adquirió espontáneamente un valor de expectativa de vacío distinto de cero (esto se llama ruptura espontánea de simetría). Qué significa eso? Significa que, incluso en el vacío, el valor promedio del campo de Higgs no es cero. Específicamente, se trata de 246 gigaelectronvoltios.

¿Por que importa? Bueno, el campo de Higgs es un campo de bosones. De hecho, es uno de esos campos de bosones que realmente no ejerce una fuerza sobre las partículas, sino que interactúa con ellas de alguna otra manera. Entonces, los fermiones * ahora interactúan con el valor de expectativa de vacío del campo de Higgs, que ahora no es cero. Esta interacción (que es un tipo de interacción Yukawa) le da a los fermiones * una propiedad realmente extraña: les da masa.

Entonces, el bosón de Higgs es solo una excitación del campo de Higgs, que interactúa con algunas partículas para darles la propiedad conocida como masa. Es realmente genial, pero no tiene nada que ver con las dietas. Además, y esto es importante, la masa dada a las partículas a través del mecanismo de Higgs representa muy poca masa de los átomos; La mayor parte de esa masa es la energía cinética del quark y la energía de unión de los gluones que unen a los quarks en protones y neutrones.

* no se trata solo de fermiones: otras partículas, como el bosón W y Z, también interactúan con el Higgs de una manera ligeramente diferente.

Editar: gracias a Stephen Selipsky por las ediciones.

Aquí considera esto:

Puedes conocer la idea de MASS, ¿verdad?

Entonces, si te digo que hay una partícula que básicamente da masa a otras partículas, ¿demostrando su existencia en este universo? ¿Me creerás?

¡Chico, deberías, porque ese es el bosón higgs en pocas palabras!

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Espero que esto ayude

Todo tiene que ver con la Fuerza Nuclear Débil.

La teoría cuántica para las interacciones Electroweak tiene dos defectos: primero, los portadores de fuerza para la Fuerza Débil no tienen masa en reposo, lo que deberían tener si la Fuerza Débil tiene un alcance limitado. Segundo, las partículas que interactúan con la Fuerza Débil no pueden tener masa en reposo (y todas las partículas conocidas interactúan con la Fuerza Débil) porque eso las obligaría a violar la conservación de la Hipercarga Débil. Puedo entrar en detalles de por qué esto es así si lo desea; pero por ahora, la parte importante es que el campo Electroweak, considerado de forma aislada, evita que todas las partículas elementales tengan masa en reposo.

Ese es el problema. El campo de Higgs proporciona la solución: existen para los tipos de bosones de Higgs, tres de los cuales se fusionan con los bosones de la Fuerza Débil de una manera que les da masa en reposo; y las partículas que interactúan con el campo de Higgs aprovechan una escapatoria en la que el campo de Higgs puede actuar como una especie de banco para el hipercarga débil, permitiendo que esas partículas lo pidan prestado o lo presten según sea necesario y, por lo tanto, hagan un recorrido final alrededor del violación de Hypercharge débil antes mencionada que les impedía descansar en masa.

En pocas palabras, el campo de Higgs interactúa con la fuerza débil de tal manera que proporciona masa en reposo a las partículas elementales.

Lo que no es: el campo de Higgs no es una explicación de qué es la masa; ni es la fuente de toda la masa en reposo: el 99% de las masas en reposo de protones y neutrones provienen de la energía de unión de la Fuerza Fuerte.