¿Qué es el bosón de Higgs y por qué es importante?

El bosón de Higgs es importante porque fue la última pieza del Modelo estándar de física de partículas aún por descubrir. Sin embargo, es más que limitar el modelo estándar. El bosón de Higgs es crítico para la consistencia matemática de la teoría. Sin el bosón de Higgs, ciertas preguntas, específicamente la dispersión de partículas de alta energía, no tendrían sentido porque la probabilidad no se conservaría. Por lo tanto, toda la validez del Modelo Estándar se basó en el descubrimiento de esta partícula. En 2012, el LHC descubrió el bosón de Higgs y en 2013 Peter Higgs y François Englert recibieron el Premio Nobel por la propuesta de esta partícula.

Teníamos indicios indirectos de que el bosón de Higgs, o algo que se comporta de manera similar al bosón de Higgs, ha existido durante aproximadamente 20 años (el campo de la Física de electroválvulas de precisión está dedicado a esto); sin embargo, estas pruebas indirectas no fueron satisfactorias porque pueden ser imitadas fácilmente por teorías alternativas. Entonces, cuando se descubrió el bosón de Higgs, fue un gran hito en la comprensión de la naturaleza por parte de la humanidad.

El descubrimiento del bosón de Higgs abre un nuevo conjunto de preguntas porque la descripción del modelo estándar del bosón de Higgs es bastante ad hoc y arbitraria. La forma en que el bosón de Higgs se incorpora al modelo estándar tiene numerosas características que hacen que los físicos sospechen que Puede que no sea la historia completa. En particular, el bosón de Higgs es el único bosón escalar elemental en el modelo estándar.

Los bosones escalares vienen con varios problemas desagradables que no se reconocieron hasta finales de la década de 1970, unos 15 años después de la propuesta del bosón de Higgs. Más notablemente, sufre de inestabilidad radiativa mecánica cuántica, lo que significa que el valor de la masa de Higgs es naturalmente mayor que su valor observado (¡aproximadamente un factor de [matemática] 10 ^ {38} [/ matemática] menor!). Esto ha llevado a muchas teorías que extienden el Modelo Estándar. Cómo encaja el Higgs en las extensiones es bastante complejo y la masa exacta de Higgs descartará grandes extensiones de teorías.

En general, el descubrimiento del bosón de Higgs fue un paso crítico para verificar el Modelo Estándar, pero la partícula podría no estar allí o tener propiedades que sean radicalmente diferentes a las predichas. En última instancia, los fundamentos del Modelo Estándar descansan sobre el bosón de Higgs y descubrir su naturaleza exacta podría conducir fácilmente a una revolución en la forma en que vemos las leyes de la naturaleza.

Nuestra teoría del universo es la llamada teoría del campo. Eso significa que en lugar de tratar con partículas y fuerzas, como lo hizo originalmente la mecánica clásica, trata con estos objetos extendidos, llamados campos. Lo más común es que esté familiarizado con los campos gravitacionales, eléctricos y magnéticos. Los efectos de estos los vemos todos los días.

Ahora, los físicos teóricos describen los campos utilizando una expresión llamada lagrangiana. El Lagrangiano contiene toda la información necesaria para calcular todo sobre el campo (o combinación de campos) que está describiendo. Aquí está el lagrangiano del modelo estándar. No se preocupe por entenderlo, solo observe que hay cuatro términos:

Pero los físicos teóricos no pueden hacer lo que quieran porque los experimentadores y los filósofos han descubierto ciertas reglas que sus lagrangianos deben obedecer. Es decir, deben obedecer ciertas transformaciones de Gauge. Es un nombre difícil, pero piense en él como requisitos de simetría, por ejemplo, que el campo debe verse igual, sin importar en qué dirección lo mire o cuándo lo mire. Esto significa que si haces un experimento, el resultado debe ser independiente de si el experimento se realiza en mi oficina o en otro planeta. Tampoco debería importar si lo hago, o si mi abuelo lo hizo hace 50 años; Los resultados deben ser los mismos.

Entonces, cuando estas restricciones se colocan en los campos, resulta que prohíben ciertos términos en la expresión matemática para el lagrangiano que corresponden a las masas de la mayoría de las partículas. Sin embargo, esos experimentadores desagradables (no realmente, son agradables) nos dicen que las partículas tienen masas. Entonces tenemos un problema, porque nuestra teoría del universo no predice los resultados de los experimentos.

Afortunadamente, un tipo muy inteligente llamado Peter Higgs se dio cuenta de que puede agregar un campo más, que ahora llamamos el campo de Higgs, que interactuará con otros campos y creará términos en el Lagrangiano que son idénticos en propiedades a los términos en masa y cumplen con todos requisitos de simetría establecidos por los experimentadores. Ahora con este campo adicional todo funciona y nuestra gran teoría del universo predice los resultados de nuestros experimentos.

¡Hurra!

Aquí está Peter Higgs para ti: