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CURIOSIDADES CIENTÍFICAS PARA COMPARTIR

El bosón de Higgs y la metáfora del mar


enrique70
JaimeJulve70Por Jaime Julve y Enrique J. de la Rosa (CSIC)*

No siempre es fácil entender, ni explicar, las características de las partículas elementales que se estudian en laboratorios como el Gran Colisionador de Hadrones (LHC, por sus siglas en inglés), el mayor y más potente acelerador de partículas del mundo, que opera en la Organización Europea para la Investigación Nuclear (CERN), en Ginebra. No tenemos experiencia directa sobre ellas en nuestro día a día, aunque constituyan la estructura básica de la materia y del universo. Por ello se acude a símiles, con menor o mayor acierto.

LHC

El Gran Colisionador de Hadrones en el CERN /Morton Lin

En física cuántica, como en cualquier otro campo de la ciencia, la herramienta de trabajo es el método científico. Este método establece que, una vez observada la naturaleza, se planteen hipótesis de trabajo. Dichas hipótesis, según se validan por métodos matemáticos o experimentales, van conformando una teoría (en el caso que vamos a tratar,  la Teoría Cuántica de Campos y, en concreto, el Modelo Estándar de las Partículas Elementales). Y, de nuevo, se establecen nuevas hipótesis o previsiones cualitativas y cuantitativas que deben volver a ser validadas.

El bosón de Higgs era una previsión del Modelo Estándar de las Partículas Elementales hecha en 1964 y que llevó casi 50 años validar. El primer símil, o ejemplo basado en la experiencia que todos tenemos, tiene que ver con el experimento realizado para su validación. Si cogemos dos objetos cualesquiera y los hacemos chocar con suficiente velocidad, se romperán en sus piezas constituyentes, si las tienen, como es el caso de los hadrones (los protones, por ejemplo). Este tipo de choques, llevados al límite, son los experimentos del CERN: descomponer la materia hasta llegar a aquellas partículas que ya no se pueden romper en nada. Esas son las partículas elementales constituyentes de la materia. Paradójicamente, si hacemos colisionar partículas, incluso elementales (los electrones, por ejemplo), por conversión de su energía cinética en masa (la famosa ecuación de Einstein), se crean multitud de partículas elementales y no elementales. La tecnología del colisionador de hadrones del CERN ha sido esencial para validar el bosón de Higgs, creándolo en estas colisiones.

El segundo símil tiene que ver con lo que representa el bosón de Higgs. En la Teoría Cuántica de Campos, las diferentes partículas elementales son excitaciones del correspondiente campo cuántico que, en reposo (no excitado), estaría vacío de partículas y energía. Para dotar de masa (y energía) a las partículas hay que recurrir al campo de Higgs y a un artificio teórico que dota a su estado no excitado, vacío de partículas de Higgs, de una energía que permea todo el espacio y confiere masa al resto de partículas. Así, los bosones de Higgs, ahora detectados, serían las excitaciones del campo de Higgs.

Interacción de Higgs

Una imagen generada por ordenador de la interacción de Higgs. Lucas Taylor / CERN

El mecanismo por el que las demás partículas adquieren masa se visualiza a menudo con la imagen de una miel que llena el espacio, a la que se pegan mucho algunas de las partículas, haciéndolas ‘pesadas’, mientras otras se pegan poco (electrones) o muy poco (neutrinos), o nada en absoluto (fotón y gluones) las de masa nula. El ejemplo de la miel, como otros, no es del todo satisfactorio y proponemos aquí otro mejor. “Pegarse a la miel” alude al concepto de viscosidad, una resistencia al movimiento del móvil inmerso proporcional a la velocidad (si no empujamos siempre, el móvil se frena y para), mientras que la masa es sinónimo de resistencia a la aceleración (si no empujamos, sigue con velocidad constante).

Un ejemplo algo más fiel sería el siguiente. Imaginemos el campo de Higgs como un océano de agua y las partículas como barcos ligerísimos (idealmente de tara nula) y casco que corta el agua sin resistencia (nada de miel viscosa), que pueden cargar más o menos agua de lastre. Uno que no cargue nada permanecerá con masa nula, o sea que se puede aceler sin esfuerzo. Uno que embarque algunos kilos tendrá esa masa y costará algo acelerarlo. Un tanker que embarca cientos de miles de toneladas… ya podemos imaginar. Esta es la masa adquirida mediante el mecanismo. La cuestión de cuánto vale se traslada a la de cuánta agua embarca: en el modelo este parámetro lo da la “constante de acoplamiento” entre el campo de la partícula y el campo de Higgs, un parámetro por ahora empírico, dictado por la naturaleza. Es una modelización más que una explicación, pero que resuelve problemas teóricos.

 

* Jaime Julve es vicedirector del Instituto de Física Fundamental del CSIC, miembro del comité académico de las Olimpiadas de Física desde su comienzo en España y activo divulgador científico con numerosas conferencias. Enrique J. de la Rosa es investigador del CSIC en el Centro de Investigaciones Biológicas. Este texto ha sido inspirado por una charla impartida por Julve en el marco de ‘Ciencia con chocolate’.

10 comentarios

  1. Dice ser Sociólogo Astral

    ¿Que fue de esta basura del acelerador de hadrones? nunca mas lo volvieron a encender despues de gastarse miles de millones de euros en él. alguien ha trincado fortunas.

    22 enero 2016 | 10:01

  2. Dice ser antitrolls descerebrados

    Sociólogo Astral

    O eres un troll de los malos o un bobo de primera

    22 enero 2016 | 10:42

  3. Dice ser lo que hay que leer

    Sociólogo Astral

    Comentarios como el tuyo sólo proceden de gente que habla sin saber. El colisionador (no el acelerador) está en funcionamiento. Si quieres informarte (aunque no creo que te interese) lo puedes seguir en los artículos de Villatoro en la página de Naukas.com

    Aunque, viendo tu nick (sociólogo astral) me da que te va más la superstición y la ignorancia que el conocimiento.

    22 enero 2016 | 11:16

  4. Dice ser yo tambien soy un trol

    Yo también soy un trol:

    Resulta que he leído a fondo sobre el dichoso bosón y no demuestra la no existencia de Dios por ninguna parte, ¿qué fue de toda aquella gente que vociferaba sin parar diciendo que lo hacía?
    Ciertamente los estuvimos escuchando por todas partes y no callaban y estaban muy seguros de sí mismos.

    22 enero 2016 | 13:35

  5. Dice ser Maeibel

    La ignorancia es muy atrevida.
    Me pregunto que hacéis por aquí si no os interes el CERN
    …y utilizando las www. Se crearon en el CERN. ¿Y los neutrinos para el cáncer?

    ¿ Y eso de que no está en funcionamiento ? Se paró para aumentarle de potencia, al doble de Teraelectrovoltios, TeV

    6,5TeV (teraelectrovoltios), que alcanzó en mayo los 13 TeV, cuando se produzcan las primeras interacciones producto del choque frontal de los haces.

    22 enero 2016 | 15:01

  6. Dice ser yo tambien soy un trol

    Maeibel, que te has llenado la boca de pamplinas pero te has olvidado de decirnos donde está la demostración esa que yo mencioné de la que tanto os llenábais la boca antes.

    22 enero 2016 | 15:42

  7. Dice ser Nelson Arévalo Mantilla

    Los desarrollos científicos llevaran a la humanidad a descubrimientos e inventos inimaginados o preguntémonos si alguien pudo imaginarse hace 200 años el estado actual de las cosas, es muy difícil saber cómo será el “mundo” en otros 200 años.Imaginémonos cuando se pueda producir energía gratis y no contaminante;sería una gran revolución,pues igualaría mucho a las personas,podríamos desalinizar el agua de mar y bombearla a cualquier parte sin costo,las ciudades se transformarían al poder hacer las casas en cualquier parte

    23 enero 2016 | 05:01

  8. Dice ser Sociólogo Astral

    #Nelson, cuando llegue esa energia gratis se hundirá medio mundo: todo el basado en el petroleo, las centrales eléctricas todas también. también seguramente los negocios que viven del gas puesto que las cocinas y climatizaciones funcionarán con la energia gratis. la energia gratis hundirá medio mundo y todo se llenará de conflicto y de problemas sociales porque nosotros vivimos en el mundo del dinero y no en el mundo de la innovación.

    23 enero 2016 | 10:44

  9. Dice ser Karl Marx

    Para Yo también soy un troll:

    Por cuestiones de lógica y filosofía es imposible demostrar la no existencia de algo, por lo que de base se toma la hipótesis de que una cosa no existe hasta que quien afirma que sí existe aporte pruebas de ello. Dicho en claro, sois los creyentes los que deberíais aportar pruebas de que Dios existe y no al revés. El caso de la religión es un caso único y que señala la tremenda hipocresía de la sociedad, pues mientras a una persona que dijera que habla con un dragón rosa invisible lo meteríamos de forma inmediata en un hospital psiquiátrico, millones de personas dicen hablar o rezar o creer en cuentos de brujas semejantes de los que no hay prueba alguna y la gente incluso pide respeto para ellos.

    Todo esto que te acabo de contar lo sabrías si fueras medianamente leido. El hecho de que no lo sepas señala claramente cuan paleto puedes llegar a ser.

    23 enero 2016 | 11:05

  10. Dice ser yo tambien soy un trol

    Amigo superateo, son los creyentes los que deben demostrar que hay peligro.

    Así que cruza la calle sin mirar, báñate sin comprobar que hay medusas, ve a zonas sin explorar sin prepararte ni equiparte, no te pongas el cinturón, no te vacunes, en definitiva, nunca tomes medidas de prevención contra posibles peligros porque hasta que no se ha visto no existe y no hay que hacer nah.

    Palabras tuyas, no mías.

    Porque ya se sabe, se presupone que no hay nah hasta que no se ve y tomar medidas es de tontos (según tú).

    Ah no, que en la vida real lo que hay que hacer es COMPROBARLO.

    Y ahora si no te importa, voy a cachondearme todavía más:

    Hola estimados hamijos, soy el Comandante Shepard, héroe de la Ciudadela y pináculo de la humanidad. Me recordaréis de salvaros de todas las amenazas de la galaxia y también como sabréis, he recorrido todo el universo y he practicado arqueología y exploraciones por allí por donde he pasado.
    Resulta que ahora, pese a que lo he datado todo en el universo, quieren hacerme creer que esto es algún tipo de “juego” creado por unos “programadores” para el disfrute de unos “jugadores”.
    ¿Y donde se esconden los programadores y jugadores? Un poco más de seriedad por favor, que me he recorrido todo el universo y he hecho avanzar la ciencia y no he visto nada.

    23 enero 2016 | 13:25

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