¿Qué es exactamente el bosón de Higgs?

Para comprender el bosón de Higgs, primero debemos hablar sobre el campo de Higgs. Este campo da a ciertas partículas fundamentales su masa, mientras que también separa dos de las cuatro fuerzas fundamentales de la naturaleza entre sí.

La existencia del campo se teorizó por primera vez a principios de la década de 1960, y los físicos consideraron las consecuencias de un campo hipotético que explicaría cómo el electromagnetismo y la fuerza débil se separaron, y por qué algunas partículas portadoras de fuerza (o calibre) tienen masa (como W y Z bosones) mientras que otros (como los fotones) no lo hacen. El físico británico Peter Higgs fue uno de los investigadores que trabajaron en este modelo. Desde entonces, su nombre se ha convertido en sinónimo del campo, su partícula y su mecanismo de acción.

Entonces, ¿qué es el bosón de Higgs?
Como ocurre con todos los campos cuánticos, el campo de Higgs da lugar a su propio tipo de partícula fundamental, el bosón de Higgs. Es un bosón relativamente pesado, sin carga y altamente inestable (partícula portadora de fuerza, uno con espín cero) que existe durante un parpadeo antes de descomponerse en unas pocas partículas de una variedad de otras. En 2012, dos de los detectores del Gran Colisionador de Hadrones detectaron una partícula de este tipo, lo que llevó oficialmente a la inclusión del bosón de Higgs como parte del Modelo Estándar y proporcionó una fuerte evidencia del mecanismo de Higgs.

¿Qué da a las partículas su masa?
En términos cotidianos, experimentamos la masa como una resistencia al movimiento. Las cosas con mucha masa son difíciles de mover; una vez que están en movimiento, es difícil detenerlos. La formulación de Albert Einstein de la relatividad especial nos da otra forma de ver la masa: es una expresión de la energía de un objeto.

Cuando estás sentado, un objeto tiene una masa que es igual a su energía dividida por el cuadrado de la velocidad de la luz, un giro en la fórmula familiar E = mc2. Haz que un objeto se mueva, especialmente a la velocidad de la luz, y obtendrás energía que actúa como masa. Los átomos obtienen la mayor parte de su masa del zumbido energético de partículas llamadas quarks que se mueven dentro de sus núcleos, unidas por la fuerza fuerte.

Sin embargo, incluso por sí solos, los quarks tienen masa. Al igual que los electrones circundantes. Sin nada ‘zumbando’ dentro de ellos, se necesita algún tipo de actividad para dar cuenta de la energía que igualaría su masa en reposo.

Es más, a mediados del siglo XX, los físicos descubrieron que los modelos anteriores que describían los bosones gauge no coincidían con las observaciones. Las partículas de corto alcance como los bosones W y Z de la fuerza débil eran 80 veces más masivas que un protón completo, mientras que el fotón de largo alcance del campo electromagnético no tenía masa en absoluto. Los físicos estaban desesperados por encontrar una razón para estas diferencias de peso y por qué los dos campos eran tan distintos.

¿Cómo da el campo de Higgs su masa a las partículas fundamentales?
A las increíblemente altas temperaturas de los momentos posteriores al Big Bang, los campos de electromagnetismo y la fuerza nuclear débil habrían sido prácticamente idénticos entre sí. A medida que el Universo se expandió y enfrió, los dos campos se habrían vuelto distintos: uno operando con bosones pesados ​​que actuaban en la corta distancia de un núcleo, el otro con bosones lo suficientemente livianos como para alcanzar vastas extensiones de espacio.

Explicaciones similares para esta división, y la diferencia en masas, provienen de varios grupos de físicos de todo el mundo. La historia reconoce la propuesta hecha por Higgs y sus colegas François Englert y Robert Brout en 1964, basada en un nuevo tipo de campo cuántico que estaba activo en todas partes, incluso en el espacio vacío.

Tener un campo con un valor distinto de cero en cada rincón del universo alteraría un equilibrio fundamental en la mecánica cuántica que en teoría debería generar una especie de partícula ya descartada por los experimentos. Pero Higgs, Englert y Brout demostraron que si este campo hipotético se vinculaba con el campo responsable de la fuerza débil, la partícula problemática que nadie había visto sería devorada, dejando atrás algunos bosones W y Z de peso pesado y un bosón de Higgs relativamente pesado, sin espín ni carga (que se desmoronaría rápidamente).

Piensa en el campo de Higgs como una tienda de dulces, con bosones reacios a ser apresurados mientras cenan chocolate, solo para dejar un montón de ‘envoltorios de Higgs’ de corta duración a su paso. Pronto quedó claro que este mismo proceso funcionaría para casi cualquier campo cuántico. El campo de Higgs explica las masas de una serie de otras partículas fundamentales, como los quarks y los electrones, que se resisten a ser empujadas mientras se toman un momento para tratar su gusto por lo dulce.

Fuente: Science Alert.