La partícula de Higgs cumple diez años

4. Julio 2022

Hace exactamente diez años, los experimentos Atlas y CMS anunciaron un éxito rotundo: poco menos de tres años después del lanzamiento del Gran Colisionador de Hadrones (LHC) en el Cern, se había encontrado la última pieza faltante en el Modelo Estándar de la física de partículas: el bosón de Higgs, una especie de mensajero del campo de Higgs que a su vez da masa a todas las partículas de materia. Para conmemorar el cumpleaños de Higgs, los físicos, entre ellos dos investigadores del Instituto Max Planck de Física, resumen lo que descubrieron sobre el bosón de Higgs hasta ahora y miran hacia el futuro, qué ideas podrían obtenerse, todavía.

El 4 de julio de 2012 se trataba del bosón de Higgs: la comunidad de física de partículas se regocijó por su éxito, y apenas había un periódico o programa de noticias que no informara sobre el espectacular descubrimiento. Predicho por los teóricos Peter Higgs, Robert Brout y François Englert ya en la década de 1960, pasaron casi 50 años hasta que el "motor de búsqueda" apropiado estaba listo: el acelerador de partículas LHC con los experimentos Atlas y CMS. Las colisiones protón-protón tienen lugar allí, y los físicos han buscado con éxito en los escombros rastros de la partícula de Higgs predicha.


Un evento de colisión en el detector Atlas: acoplamiento del bosón de Higgs al quark superior

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Un evento de colisión en el detector Atlas: acoplamiento del bosón de Higgs al quark superior

Con el bosón de Higgs, la física de partículas completó su Modelo Estándar: Doce partículas de materia elemental, cuatro partículas de intercambio y, como piedra angular, el bosón de Higgs, la única partícula sin espín. Esta partícula es la manifestación del campo cuántico de Higgs que llena el universo como un jarabe, "pegándose" a las otras partículas como masa.

El décimo aniversario del descubrimiento es una ocasión para una revisión científica de los últimos diez años y para mirar hacia el futuro. Dos investigadores del Instituto Max Planck de Física han contribuido a artículos en la edición actual de Nature. Sandra Kortner es coautora de un artículo del experimento Atlas que informa sobre los últimos resultados de las mediciones de la propiedad del bosón de Higgs. La física teórica Giulia Zanderighi echa un vistazo a cuestiones fundamentales relacionadas con el bosón de Higgs.

Lo que ha sucedido hasta ahora ...

La detección del bosón de Higgs fue solo el comienzo de estudios adicionales e intensivos. Durante la última década, los científicos del Atlas han medido las propiedades de la partícula con alta precisión. El enfoque de las dos mediciones largas en el LHC ha estado en las interacciones del Higgs con otras partículas en el Modelo Estándar. "Lo emocionante es que hay mucho que ver. Hemos observado cómo el bosón de Higgs interactúa con las cinco partículas elementales más pesadas conocidas, y tenemos buenas pistas para otras dos", dice Sandra Kortner, quien dirige un grupo de investigación sobre física del LHC en el Instituto Max Planck de Física. "Los resultados en realidad encajan muy bien con las predicciones teóricas que se volvieron mucho más precisas con el tiempo".

Desde el descubrimiento de Higgs, se han observado un total de casi 30.000 bosones de Higgs con el detector Atlas. Hace unas semanas, comenzó la carrera 3 en el LHC, que durará hasta 2025. Sandra Kortner: "Después de eso, podremos caracterizar el bosón de Higgs y sus interacciones con partículas elementales con mayor precisión y, al hacerlo, potencialmente encontrarnos con nuevos descubrimientos".

... y puede suceder en el futuro

El segundo artículo de revisión arroja luz sobre el bosón de Higgs y los hallazgos hasta la fecha desde una perspectiva teórica. Además, los autores esbozan varios escenarios que podrían detectarse en los próximos experimentos. Un ejemplo son las interacciones con partículas más ligeras en el Modelo Estándar, en particular, muones y quarks charm. "Otras mediciones también podrían mostrar que el bosón de Higgs no es elemental, sino que tiene una subestructura", dice Giulia Zanderighi, directora de la división "Novel Computational Methods in Particle Physics" en el Instituto Max Planck de Física.

Además, el bosón de Higgs ofrece vínculos emocionantes con otros temas importantes en física de partículas. "Por ejemplo, el Higgs podría estar involucrado en la inflación, que es la expansión abrupta del universo primitivo", explica Zanderighi. "Además, el Higgs podría ser una especie de portal a la materia oscura. Y la pregunta de por qué hay materia en el universo, pero casi ninguna antimateria, también podría estar relacionada con el niño de cumpleaños". Un conocimiento más profundo sobre las propiedades del bosón de Higgs podría ayudar a comprender su papel en estos asuntos. Así que los físicos tienen razones suficientes para seguir investigando la naturaleza del niño de cumpleaños elemental.

 
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