¿Cómo predijeron las matemáticas del modelo estándar los bosones W, Z? ¿Cómo podría el razonamiento deductivo conducir a la eventual prueba experimental?

Porque básicamente no es el caso. Las matemáticas realmente no predijeron los bosones W y Z.

Hubo una gran cantidad de evidencia experimental que Glashow estaba tratando de explicar en 1961. Lo más importante, la corriente cargada de las desintegraciones beta.

Shelly bromea diciendo que la razón por la que usó SU (2) xU (1) en lugar del modelo Georgi-Glashow SO (3) de interacciones débiles (propuesto aproximadamente una década después) es que no conocía la teoría de grupos, que era un tema oscuro en los años anteriores al uso de SU (3) por parte de Gell-Mann de la manera 8 veces.

SO (3) no tiene corrientes neutras y era perfectamente consistente con todo lo que se sabía en ese momento.

Así que no solo estaban trabajando con un poco de evidencia experimental detallada, sino que tuvieron la suerte de que la teoría más simple no era la correcta y la segunda más simple, y también que la tercera más (o la no más) .

Esto se conoce en el lenguaje moderno como construcción de modelos y, en la actualidad, está bastante escrito porque las reglas son las de construir teorías de campo cuántico, que es una cuestión de elegir simetrías y campos. Es posible, aunque no particularmente útil, enumerar todas las teorías de campos cuánticos y existe una noción de simplicidad en términos del número de ingredientes agregados, donde los ingredientes son la complejidad de las simetrías y el número de campos.

La naturaleza parece preferir teorías relativamente simples, aunque no siempre las más simples.

En el caso del bosón de Higgs, la teoría más simple funcionó.

La predicción del bosón W fue relativamente sencilla: se basó en la observación de la interacción débil, que se detectó, en forma de desintegración beta, ya en 1896 (aunque la comprensión moderna tardó mucho más en evolucionar.)

En cuanto al neutral Z-bosón, eso es más un triunfo teórico. Hay un libro muy bueno de Veltman ( Hechos y misterios en la física de partículas elementales ), dirigido a un público lego, en el que explica cómo se introduce el bosón Z para “curar” la teoría de los infinitos irreconciliables:

La solución es introducir otro vector bosón, esta vez sin carga. […] El acoplamiento de esta nueva partícula neutra […] se toma de tal manera que el comportamiento de alta energía del nuevo diagrama cancela […]

El precio a pagar es la introducción totalmente ad hoc de una nueva partícula, un vector bosón neutral. Pero aquí comienza el triunfo de las teorías de calibre: se ha observado un vector bosón neutral con los acoplamientos necesarios.

En cuanto a Higgs, Veltman explica que el modelo todavía no está libre de infinitos, y continúa diciendo:

La solución es postular otra partícula, llamada bosón de Higgs […] Al leer la discusión anterior, uno puede fácilmente tener la impresión de que las nuevas partículas hipotéticas no tienen fin […] ¡Pero no, esto es todo! La partícula de Higgs es el último que se necesita.

El libro fue escrito justo antes del descubrimiento real de Higgs, por lo que Veltman termina esta parte de la discusión comentando las dificultades asociadas con la observación del bosón de Higgs.

Pero no, por más triunfantes que fueran estas teorías, no son solo obras del intelecto puro. Todas estas predicciones se basaron, en gran parte, en décadas de evidencia acumulada en laboratorios de física de partículas.

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