En termes senzills, el bosó de Higgs és la partícula més cara de tots els temps. Si, per exemple, un tub de buit i un parell de ments brillants van ser suficients per descobrir l'electró, la recerca del bosó de Higgs va requerir la creació d'energia experimental, que rarament es troba a la Terra. El Gran Col·lisionador d'Hadrons no necessita cap presentació, sent un dels experiments científics més famosos i reeixits, però la seva partícula de perfil, com abans, està envoltada de misteri per a la majoria de la població. S'ha anomenat partícula de Déu, però, gràcies als esforços de literalment milers de científics, ja no hem d'acceptar la seva existència per fe.
Últim desconegut
Què és el bosó de Higgs i quina és la importància del seu descobriment? Per què s'ha convertit en objecte de tanta publicitat, finançament i desinformació? Per dos motius. Primer, va ser l'última partícula no descoberta necessària per confirmar el model estàndard de la física. El seu descobriment va significar que tota una generació de publicacions científiques no havia estat en va. En segon lloc, aquest bosó atorga a altres partícules la seva massa, la qual cosa li dóna un significat especial i una mica de "màgia". Tenim tendència a pensar-hila massa com a propietat intrínseca de les coses, però els físics pensen el contrari. En termes simples, el bosó de Higgs és una partícula sense la qual la massa no existeix en principi.
Un camp més
La raó rau en l'anomenat camp de Higgs. Es va descriure fins i tot abans del bosó de Higgs, perquè els físics el calculaven per a les necessitats de les seves pròpies teories i observacions, que requerien la presència d'un nou camp, l'acció del qual s'estendria a tot l'Univers. Reforçar hipòtesis inventant nous components de l'univers és perillós. En el passat, per exemple, això va portar a la creació de la teoria de l'èter. Però com més càlculs matemàtics es feien, més físics entenien que el camp de Higgs havia d'existir en la realitat. L'únic problema era la manca de mitjans pràctics per observar-lo.
Al model estàndard de la física, les partícules elementals guanyen massa mitjançant un mecanisme basat en l'existència del camp de Higgs que impregna tot l'espai. Crea bosons de Higgs, que requereixen molta energia, i aquesta és la raó principal per la qual els científics necessiten acceleradors de partícules moderns per dur a terme experiments d' alta energia.
D'on prové la massa?
La força de les interaccions nuclears febles disminueix ràpidament amb l'augment de la distància. Segons la teoria quàntica de camps, això vol dir que les partícules implicades en la seva creació, els bosons W i Z, han de tenir massa, a diferència dels gluons i els fotons, que no tenen massa.
El problema és que les teories gauge només tracten amb elements sense massa. Si els bosons gauge tenen massa, aleshores aquesta hipòtesi no es pot definir raonablement. El mecanisme de Higgs evita aquest problema introduint un nou camp anomenat camp de Higgs. A altes energies, els bosons gauge no tenen massa i la hipòtesi funciona com s'esperava. A baixes energies, el camp provoca una ruptura de simetria que permet que els elements tinguin massa.
Què és el bosó de Higgs?
El camp de Higgs produeix partícules anomenades bosons de Higgs. La seva massa no està especificada per teoria, però com a resultat de l'experiment, es va determinar que és igual a 125 GeV. En termes senzills, el bosó de Higgs ha confirmat definitivament el model estàndard amb la seva existència.
El mecanisme, el camp i el bosó porten el nom del científic escocès Peter Higgs. Encara que no va ser el primer a proposar aquests conceptes, però, com passa sovint a la física, simplement va ser ell qui va rebre el nom.
Simetria trencada
Es pensava que el camp de Higgs era responsable del fet que les partícules que no haurien de tenir massa. Aquest és un medi universal que dota partícules sense massa de diferents masses. Aquesta violació de la simetria s'explica per analogia amb la llum: totes les longituds d'ona es mouen al buit amb la mateixa velocitat, mentre que en un prisma es pot distingir cada longitud d'ona. Aquesta és, per descomptat, una analogia incorrecta, ja que la llum blanca conté totes les longituds d'ona, però l'exemple mostra comla creació de massa pel camp de Higgs sembla ser deguda al trencament de la simetria. Un prisma trenca la simetria de la velocitat de les diferents longituds d'ona de la llum separant-les, i es creu que el camp de Higgs trenca la simetria de les masses d'algunes partícules que d' altra manera no tindrien massa simètricament.
Com explicar el bosó de Higgs en termes senzills? Només recentment els físics s'han adonat que si el camp de Higgs existeix realment, el seu funcionament requerirà la presència d'un portador adequat amb propietats per les quals es pugui observar. Es va suposar que aquesta partícula pertanyia als bosons. En termes simples, el bosó de Higgs és l'anomenada força portadora, igual que els fotons, que són portadors del camp electromagnètic de l'Univers. Els fotons, en cert sentit, són les seves excitacions locals, de la mateixa manera que el bosó de Higgs és una excitació local del seu camp. Demostrar l'existència d'una partícula amb les propietats esperades pels físics equivalia, de fet, a demostrar directament l'existència d'un camp.
Experiment
Molts anys de planificació han permès que el Gran Col·lisionador d'Hadrons (LHC) es converteixi en un testimoni d'una possible desmentida de la teoria del bosó de Higgs. Un anell de 27 km d'electroimants súper poderosos pot accelerar les partícules carregades a fraccions significatives de la velocitat de la llum, provocant col·lisions prou fortes com per separar-les en els seus components, així com deformar l'espai al voltant del punt d'impacte. Segons els càlculs, a una energia de col·lisió d'un nivell prou alt, és possible carregar un bosó perquè decai, i això es potvigilarà. Aquesta energia era tan gran que alguns fins i tot van entrar en pànic i van predir la fi del món, i la fantasia d' altres va arribar tan lluny que el descobriment del bosó de Higgs es va descriure com una oportunitat per investigar una dimensió alternativa.
Confirmació final
Les observacions inicials semblaven desmentir les prediccions i no es va poder trobar cap indici de la partícula. Alguns dels investigadors implicats en la campanya per gastar milers de milions de dòlars fins i tot van aparèixer a la televisió i van afirmar mansament el fet que refutar una teoria científica és tan important com confirmar-la. Després d'un temps, però, les mesures van començar a sumar-se al panorama general i el 14 de març de 2013, el CERN va anunciar oficialment la confirmació de l'existència de la partícula. Hi ha proves que suggereixen l'existència de diversos bosons, però aquesta idea necessita un estudi més ampli.
Dos anys després que el CERN anunciés el descobriment de la partícula, els científics que treballaven al Gran Col·lisionador d'Hadrons van poder confirmar-ho. D'una banda, aquesta va ser una gran victòria per a la ciència i, d' altra banda, molts científics van quedar decebuts. Si algú hagués esperat que el bosó de Higgs fos la partícula que portaria a regions estranyes i meravelloses més enllà del model estàndard (supersimetria, matèria fosca, energia fosca), aleshores, malauradament, va resultar que no va ser així.
Un estudi publicat a Nature Physics ha confirmat la descomposició en fermions. El model estàndard prediu que, en termes simples, el bosóEl Higgs és la partícula que dóna massa als fermions. El detector del col·lisionador CMS finalment va confirmar la seva descomposició en fermions: quarks descendents i leptons tau.
El bosó de Higgs en termes senzills: què és?
Aquest estudi finalment ha confirmat que es tracta del bosó de Higgs predit pel model estàndard de física de partícules. Es troba a la regió massa-energia de 125 GeV, no té espín i pot decaure en molts elements més lleugers: parells de fotons, fermions, etc. Gràcies a això, podem dir amb seguretat que el bosó de Higgs, en termes simples, és una partícula que dóna massa a tot.
Decebut amb el comportament predeterminat d'un element nou obert. Si la seva decadència fos encara lleugerament diferent, estaria relacionada amb els fermions de manera diferent i sorgirien noves vies d'investigació. D' altra banda, això vol dir que no hem avançat ni un sol pas més enllà del model estàndard, que no té en compte la gravetat, l'energia fosca, la matèria fosca i altres fenòmens estranys de la realitat.
Ara només es pot endevinar què els va causar. La teoria més popular és la supersimetria, que afirma que cada partícula del model estàndard té una superpartícula increïblement pesada (per tant, constitueix el 23% de l'univers: matèria fosca). L'actualització del col·lisionador, duplicant la seva energia de col·lisió a 13 TeV, probablement permetrà detectar aquestes superpartícules. En cas contrari, la supersimetria haurà d'esperar a la construcció d'un successor més potent de l'LHC.
Més perspectives
Llavors, com serà la física després del bosó de Higgs? Recentment, l'LHC ha reprès el seu treball amb millores importants i és capaç de veure-ho tot, des de l'antimatèria fins a l'energia fosca. Es creu que la matèria fosca interacciona amb la matèria ordinària únicament mitjançant la gravetat i la creació de massa, i la importància del bosó de Higgs és clau per entendre exactament com passa això. El principal inconvenient del Model Estàndard és que no pot explicar els efectes de la gravetat -aquest model es podria anomenar la Gran Teoria Unificada- i alguns creuen que la partícula i el camp de Higgs podrien ser el pont que els físics estan tan desesperats per trobar.
S'ha confirmat l'existència del bosó de Higgs, però la seva plena comprensió encara està molt lluny. Els futurs experiments refutaran la supersimetria i la idea de la seva descomposició en matèria fosca? O confirmaran fins a l'últim detall de les prediccions del model estàndard sobre les propietats del bosó de Higgs i acabaran amb aquesta àrea d'investigació per sempre?
