Bosón de Higgs

Bosón de Higgs H0
CMS Higgs-event.jpg
Una traza hipotética del bosón de Higgs en una colisión simulada de protón-protón.
ComposiciónPartícula elemental
FamiliaBosón
EstadoParcialmente confirmada: descubierta en el CERN una nueva partícula con propiedades compatibles.[1]
TeorizadaR. Brout, F. Englert, P. Higgs, G. S. Guralnik, C. R. Hagen y T. W. B. Kibble (1964)
DescubiertaUna partícula compatible ha sido hallada por ATLAS y CMS (4 de julio de 2012.[1]​)
Tipos1 en el modelo estándar;
5 o más en la Supersimetría
Masa125.3 ± 0.4 (estad.) ± 0.5 (sis.) GeV/c2,[1]
Vida media1.56×10−22 s[Nota 1]
Carga eléctrica0
Carga de color0
Espín0 (parcialmente confirmado en 125 GeV)[5]​ (predicho por el modelo estándar)
Paridad+1 (parcialmente confirmado en 125 GeV)[5]

El bosón de Higgs o partícula de Higgs es una partícula elemental propuesta en el modelo estándar de física de partículas. Recibe su nombre en honor a Peter Higgs quien, junto con otros, propuso en 1964 el hoy llamado mecanismo de Higgs para explicar el origen de la masa de las partículas elementales. El bosón de Higgs constituye el cuanto del campo de Higgs, (la más pequeña excitación posible de este campo). Según el modelo propuesto, no posee espín, carga eléctrica o color, es muy inestable y se desintegra rápidamente: su vida media es del orden del zeptosegundo. En algunas variantes del modelo estándar puede haber varios bosones de Higgs.[6]

La existencia del bosón de Higgs y del campo de Higgs asociado serían el más simple de varios métodos del modelo estándar de física de partículas que intentan explicar la razón de la existencia de masa en las partículas elementales. Esta teoría sugiere que un campo impregna todo el espacio, y que las partículas elementales que interactúan con él adquieren masa, mientras que las que no interactúan con él, no la tienen. En particular, dicho mecanismo justifica la enorme masa de los bosones vectoriales W y Z, como también la ausencia de masa de los fotones. Tanto las partículas W y Z, como el fotón son bosones sin masa propia, los primeros muestran una enorme masa porque interactúan fuertemente con el campo de Higgs, y el fotón no muestra ninguna masa porque no interactúa en absoluto con el campo de Higgs.

El bosón de Higgs ha sido objeto de una larga búsqueda en física de partículas.

El 4 de julio de 2012, el CERN anunció la observación de una nueva partícula «consistente con el bosón de Higgs», pero se necesitaría más tiempo y datos para confirmarlo.[7]

El 8 de octubre de 2013 se concedió a Peter Higgs, junto a François Englert, el Premio Nobel de física "por el descubrimiento teórico de un mecanismo que contribuye a nuestro entendimiento del origen de la masa de las partículas subatómicas, y que recientemente fue confirmado gracias al descubrimiento de la predicha partícula fundamental por los experimentos ATLAS y CMS en el Colisionador de Hadrones del CERN".

Introducción general

En la actualidad, prácticamente todos los fenómenos subatómicos conocidos se explican mediante el modelo estándar, una teoría ampliamente aceptada sobre las partículas elementales y las fuerzas entre ellas. Sin embargo, en la década de 1960, cuando dicho modelo aún se estaba desarrollando, se observaba una contradicción aparente entre dos fenómenos. Por un lado, la fuerza nuclear débil entre partículas subatómicas podía explicarse mediante leyes similares a las del electromagnetismo (en su versión cuántica). Dichas leyes implican que las partículas que actúen como intermediarias de la interacción, como el fotón en el caso del electromagnetismo y las partículas W y Z en el caso de la fuerza débil, deben ser no masivas. Sin embargo, sobre la base de los datos experimentales, los bosones W y Z, que entonces solo eran una hipótesis, debían ser masivos.[8]

En 1964, tres grupos de físicos publicaron de manera independiente una solución a este problema, que reconciliaba dichas leyes con la presencia de la masa. Esta solución, denominada posteriormente mecanismo de Higgs, explica la masa como el resultado de la interacción de las partículas con un campo que permea el vacío, denominado campo de Higgs. Peter Higgs fue en solitario uno de los proponentes de dicho mecanismo. En su versión más sencilla, este mecanismo implica que debe existir una nueva partícula asociada con las vibraciones de dicho campo, el bosón de Higgs.

El modelo estándar quedó finalmente constituido haciendo uso de este mecanismo. En particular, todas las partículas masivas que lo forman interaccionan con este campo, y reciben su masa de él. Hasta la década de 1980, no se pudo realizar ningún experimento en el que se utilizase la energía necesaria para comenzar a buscar dicho bosón, dado que la masa que se estimaba que podría tener era demasiado alta (unos cientos de veces la masa del protón).

El Gran Colisionador de Hadrones (LHC) del CERN en Ginebra, Suiza, inaugurado en 2008 y cuyos experimentos empezaron en 2010, se construyó con el objetivo principal de encontrarlo, probar la existencia del Higgs y medir sus propiedades, lo que permitiría a los físicos confirmar esta piedra angular de teoría moderna. Anteriormente también se intentó en el LEP (un acelerador previo del CERN) y en el Tevatron (de Fermilab, situado cerca de Chicago en Estados Unidos).