El origen a partir de Higgs

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BIOGRAFÍA

Peter Higgs nació el 29 de mayo de 1929 en Newcastle, Tyne y Wear, Inglaterra, hijo de Gertrude Maude Coghill y Thomas Ware Higgs, un ingeniero de sonido de la BBC. Debido a que Peter padecía de asma residieron en diferentes lugares. Durante la Segunda Guerra Mundial perdió muchas clases de enseñanza básica y recibió parte de formación en su casa. Cuando su padre fue destinado a Bedford, se quedó con su madre en Bristol, donde resultó ser un estudiante brillante en la escuela secundaria de Cotham, en la que ganó premios, excepto en la asignatura de Física, y donde fue inspirado por el trabajo de uno de los alumnos de la escuela, Paul Dirac, padre de la mecánica cuántica moderna. Con 17 años entra en la City of London School, donde se especializó en matemáticas, después ingresa en el King's College de Londres y se graduó en Físicas con el mejor expediente. Conforme pasan los años Peter se desemboca hacia la física de materiales, enfatizando en lo que hoy se conoce como la ruptura de simetrías, esto para la explicación y abstracción del modelo estándar dando y presentando otro enfoque para la postura de la teoría electrodébil, esto con inclinación hacia el origen de la masa. Es así que su teoría sobre la existencia de la elusiva partícula -o bosón- surgió en 1964, en un momento de inspiración mientras caminaba en los montes Cairngorms, en Escocia. Esta aparece en un artículo escrito por el mismo, haciendo un enfoque hacia la simetría física de las partículas. Sobre el tema escribió dos artículos. El segundo fue rechazado inicialmente por la revista Physics Letters. Más tarde el texto apareció en la Physical Review Letters, otra importante publicación científica. Es así que el 29 de mayo de 2013, los físicos Peter Higgs y François Englert, y el Laboratorio Europeo de Física de Partículas (CERN) de Ginebra, fueron galardonados con el premio Príncipe de Asturias de Investigación Científica y Técnica, y el 8 de octubre de 2013 el Nobel de Física “por el descubrimiento teórico de un mecanismo que contribuye a la comprensión del origen de la masa de las partículas subatómicas y que fue confirmado por el descubrimiento de la predicha partícula fundamental por los experimentos Atlas y CMS en el Gran Colisionador de Hadrones [LHC] del CERN”.

ORIGEN DEL UNIVERSO

Para entender un poco más sobre el bosón de Higgs, necesitamos conocer la teoría más conocida y aceptada por la física. En toda la historia de la física, en su trayecto y teorías, entre estas se postulaba antes de 1928 que el universo era estático y eterno, por lo que nunca tuvo un origen, ni mucho menos tendrá un final. En 199, esta postura cambia, ya que en él observatorio del monte Wilson, Edwin Hubble estudiando la luz de las galaxias, evidencia que entre más lejana una galaxia, más larga es la longitud de onda que emite, esto más conocido como corrimiento al rojo, eso demostró que las galaxias en todas las direcciones tomando como centro la tierra, están en constante expansión (teoría de la expansión), o se alejan de nosotros cada vez más, lo que supone que alguna vez estas se encontraban reunidas en un mismo punto, y las galaxias se expanden desde ese punto, lo que da la primera evidencia de que el universo tuvo un inicio. Por lotanto Hubble nos conduce a un descubrimiento radical, la cual es la más aceptada por la ciencia, a esta teoría se le conoce como el Big Bang, o también conocida como gran explosión, esta consta de lo siguiente. En el principio no hay nada, el universo no consta de ninguna existencia, incluso aún no se podría llamar a este “espacio” universo, puesto que no se presenta ni materia, ni energía, ni siquiera espacio vacío, no hay ninguna singularidad espacio-tiempo, puesto que el tiempo no tiene presencia. Dela nada, en milésimas de segundos aparece en el connotativo espacio vacío, una esfera de fuego más pequeña que un átomo; esta es 10 billones de billones más candente y ardiente que el núcleo del sol. Esta esfera más pequeña que la punta de un alfiler, explota y da inicio al tiempo, se dice que en el primer segundo después de la gran explosión, se originan las bases de todo nuestro universo. Para comprobar esto los científicos crearon un nuevo sistema de medir el tiempo, el cual consiste en un plano llamado “Tiempo de Plank”, este equivale a 10^-43 segundos. De la esfera de fuego, después del primer segundo de explosión, surgen las 4 fuerzas fundamentales de la naturaleza, las cuales rigen todo el universo. La Gravedad, es el motivo por el cual se formaron las estrellas y los planetas. El Electromagnetismo, ilumina las ciudades, conecta los teléfonos, hace funcionar los ordenadores y es la luz que ilumina nuestro planeta. Y por último, las fuerzas nucleares (fuerza nuclear débil, fuerza nuclear fuerte) enlazan las partículas que enlazan nuestro cuerpo y alimentan la caldera del sol. Sin estas 4 fuerzas el universo sería una nube monótona de radiación. Pero en el primer instante del segundo de Plank, las cuatro fuerzas forman una sola súper fuerza, es decir, aún no se habían dividido. Otra manera en que se ha afirmado la teoría del Big Bang, fue en el año 1960, cuando el radio telescopio Horn Antenna, presentaba un extraño ruido, el cual era una clase de radiación no proveniente de la tierra, por el contrario era de origen del universo profundo. Entonces estudiantes de la universidad de Princeton, los cuales investigan las secuelas del Big Bang, determinan que el sonido que escuchan es un eco de la gran explosión, la cual ha viajado en el espacio-tiempo. El calor comenzó como una radiación de rayos x extremadamente caliente, al estirarse y enfriarse se convirtió en luz visible; cambiando de azul a rojo, convirtiéndose en microondas y finalmente en ondas electromagnéticas. Al inicio el universo era más pequeño que un átomo, tiempo después se hincho hasta ser del tamaño de una pelota de béisbol, y por último, se creció más que en los 13700 millones de años siguientes, a esta rápida expansión se le conoce como inflación. Lo que se justifica a través de la radiación, los científicos expresan que, cuando se miden las radiaciones de fondo de microondas cósmicas en una dirección, y la temperatura es idéntica a la de otra dirección, es lo mismo en todas, lo que supone el universo está en una inflación constante la cual es más rápida que la velocidad de la luz. una vez conocido esto, procederemos a explicar la formación de la materia, a través del bosón de Higgs.

EL BOSÓN DE HIGGS

Higgs desarrolla la idea de que las partículas no tenían masa al comienzo del universo adquiriendo la misma, una fracción de segundo después, como resultado de la interactuación con un campo teórico, ahora conocido como el campo de Higgs. Fue reconocido por su proposición de la ruptura de la simetría en la teoría electro débil, explicando el origen de la masa de las partículas elementales en general, y de los bosones W y Z en particular. Este mecanismo predice la existencia de una nueva partícula, el 'bosón de Higgs'.

En los cientos de teorías que existen sobre el origen del todo, no se había podido concluir el cómo se originaba la masa, siendo esta una gran interrogante para la física moderna. Una vez se explica el origen del universo, con la teoría más aceptada; la cual es el Big Bang, se genera una de las preguntas más complicadas del universo, la cual es, ¿cómo se origina la masa? Contextualizando un poco, iniciemos por cómo se presenta esta interrogante, Newton en 1665 descubre una fuerza invisible constante la cual mantiene a los cuerpos en movimiento, este la llamo gravedad, pero en todos sus estudios nunca llego a la conclusión de como esta se producía, luego el gran científico Albert Einstein, con su famosa teoría de la relatividad, comprendió el cómo operaba la gravedad, y cuál era su mecanismo, el cual consistía en una distorsión espacio tiempo por la masa, pero al igual que Newton, este quedo con una interrogante, la cual era, ¿qué es la masa?. Con el desarrollo de la física, entre 1970 y 1973, fusionando la cuántica y la relatividad, se genera el modelo estándar, una teoría cuya fórmula principalmente servía para describir las fuerzas del universo de manera muy precisa, pero el talón de Aquiles de esta fórmula, era que en el momento de usarse presentaba un fallo impresionante, el cual era, que describía partículas, tanto protones como neutrones, que no existían, partículas las cuales no poseían masa. Este problema afectaba principalmente a lo que hoy se conoce como la fuerza nuclear débil, puesto que las fuerzas que rigen el universo consiste en el lanzamiento de partículas, las cuales son más conocidas como bosones, este supone el alcance de las fuerzas, el cual está dado principalmente por el inverso de la masa del bosón que se usa, en el caso del electromagnetismo, que es una fuerza de alcance infinita, por lo tanto la masa del bosón utilizada sería de 0, esta determina que nuestra partícula utilizada debe alberga una cantidad de masa exorbitante, cosa que podría quebrantar el modelo estándar, ya que este no sustentaría de donde proviene tanta cantidad de masa; por lo tanto era prescindible un mecanismo, con el cual los electrodébiles W y Z pudieran ser portadores y a la vez adquirir masa, sin salir del ángulo de la teoría. La respuesta a este problema surgiría con la publicación de 3 artículos provenientes de la física de materiales, en las cuales el tercero de estos, escrito por Peter Higgs, revolucionaria la idea de dónde y cómo se genera la masa. Es importante saber por qué la región de la física de donde provinieron estos artículos es tan trascendental, la física de materiales rompe las bases del modelo estándar, la cual es que todo en el universo, tanto las fuerzas, se basa en simetrías, cosa que en la física de materiales relativamente se rompe, es decir, cambian las condiciones, más no las leyes, ya que todavía se presentan simetrías de fondo. Con esto en claro, la teoría del modelo estándar renovó un pensamiento fundamental, y sus científicos propusieron una apertura para la solución de los problemas, la cual es, introducir una nueva simetría para luego romperla, de esto se desprende el campo de Higgs, un campo simétrico, el cual se presenta en todo el espacio-tiempo, este presenta una forma particular, la cual es similar a un sombrero mexicano; cuando esta simetría se cumple, las partículas no poseen ni albergan masa, pero cuando se rompe de manera clandestina o espontanea, la masa toma lugar en el universo, acción que recae justo después del Big Bang. Este campo actúa de una manera muy puntual, por la forma matemática que posee este campo, las partículas al interactuar con este, encuentran una oposición al cambio de movimiento, lo que en física se conoce como MASA. UN ejemplo claro de esto es con la tan conocida formula de la fuerza, la cual nos dice que, F=MA (fuerza= masa x aceleración), es decir, si quieres acelerar algo, o cambiar su movimiento, tienes que ejercer una fuerza, la cual es proporcional a la masa del objeto en cuestión, por lo tanto la masa es una resistencia del espacio vacío al movimiento, dada por una "afinidad" al campo de Higgs. Por lo tanto el bosón de Higgs es una manifestación local de un campo universal, el campo de Higgs el cual hemos animado aportándole energía. De manera más sencilla, el bosón de Higgs es una excitación del campo de Higgs.

PREMIO NOBEL DE FÍSICA

Como ya se ha indicado, el descubrimiento del bosón de Higgs llevó al físico Stephen Hawking a señalar en el año 2012 su opinión de que Higgs debería recibir el premio Nobel de Física por su trabajo.

Un año después, fue galardonado con el premio Nobel de Física 2013, «por el descubrimiento teórico de un mecanismo que contribuye a nuestra comprensión del origen de la masa de las partículas subatómicas, y que recientemente fue confirmado a través del descubrimiento de la partícula fundamental prevista, por los experimentos ATLAS y CMS en el gran colisionador de hadrones del CERN».

Colisionador de hadrones

El Gran Colisionador de Hadrones (LHC, por sus siglas en inglés) es el mayor acelerador de partículas del mundo. En este experimento, los físicos del Laboratorio Europeo de Física de Partículas (CERN) hacen chocar entre sí partículas subatómicas (principalmente protones, uno de los constituyentes del núcleo del átomo) en puntos seleccionados donde se ubican grandes detectores (ATLAS, CMS, LHCb y ALICE). Estos registran las partículas resultantes de las colisiones para estudiar los elementos que componen la materia de la que está hecha el Universo, incluidos nosotros mismos, y sus interacciones. Actualmente se utiliza para la explicación, búsqueda de nuevas partículas en física cuántica, hace un par de años, el colosionador de hadrones a logrado capturar "la partícula de dios", o más conocida como el bosón de Higgs, la cual se esta utilizando para la explicación y origen de cierto tipos de átomos, incluso también para la formación de protones y origen de electrones. Situado en la frontera franco-suiza cerca de Ginebra, el LHC es un anillo de 27 kilómetros de circunferencia ubicado a 100 metros bajo tierra. Es una de las máquinas más complejas construida nunca: sus 9.300 imanes superconductores, fundamentales para hacer girar los haces de partículas a velocidades cercanas a las de la luz, deben refrigerarse a una temperatura inferior a la del espacio exterior (-270 grados centígrados, cerca del cero absoluto); el interior del anillo es el lugar más vacío del Sistema Solar (10-13 atmósferas) para evitar que las partículas colisionen con moléculas de gas; y cuando las partículas colisionan entre sí se generan temperaturas 100.000 veces más calientes que el interior del Sol.

Referencias

https://www.ecured.cu/Peter_Higgs https://www.buscabiografias.com/biografia/verDetalle/9874/Peter%20Higgs