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Entendiendo a Higgs

Volvemos a Higgs. He encontrado un video con el sugerente título “Desmitificando el Bosón de Higgs”. En dicho video el profesor Leonard Susskind de la Universidad de Stanford (California,EEUU) explica de una manera muy didáctica cómo funciona el mecanismo de Higgs y qué significa dar masa a las partículas que en principio carecen de ella como son los gluones, w-bosones, z-bosones o fotónes.

Partiendo de nociones más o menos básicas nos acerca a la mecánica cuántica, nos aproxima al concepto de campo y a través del conocimiento del funcionamiento de las partículas más elementales llegamos a la necesidad del fenómeno Higgs.

Es una hora aproximada de clase magistral, cercana, que evita enredarse con fórmulas matemáticas para centrarse en ejemplos inteligibles, aclara conceptos y nos facilita entender tanto el mecanismo de Higgs como su necesidad. Si bien es cierto que los más legos tenemos que creer determinadas aseveraciones como si fuesen dogmas de fe por la falta de conocimientos no es óbice para que lo fundamental sea entendible. Desentraña muchos interrogantes acerca del famoso Bosón de Higgs, de todo lo que le rodea, de lo que significa, de cómo se busca y de por qué es tan difícil de encontrar.

Como he escrito con anterioridad me ha parecido un video interesante, ameno (la hora y quince minutos que dura se hace muy corta) y sobre todo muy clarificador y comprensible. Por ese motivo he querido realizar esta entrada e insertarlo en el blog para quien desee verlo.

 

 

Y después de la clase el recreo, sin muchos comentarios….

 

 

 

 

 

There’s a collider under Geneva
Reaching new energies that we’ve never achieved before
Finally we can see with this machine
A brand new data peak at 125 GeV
See how gluons and vector bosons fuse
Muons and gamma rays emerge from something new
There’s a collider under Geneva
Making one particle that we’ve never seen before

The complex scalar
Elusive boson
Escaped detection by the LEP and Tevatron
The complex scalar
What is its purpose?
It’s got me thinking

Chorus:
We could have had a model (Particle breakthrough, at the LHC)
Without a scalar field (5-sigma result, could it be the Higgs)
But symmetry requires no mass (Particle breakthrough, at the LHC)
So we break it, with the Higgs (5-sigma result, could it be the Higgs)

Baby I have a theory to be told
The standard model used to discover our quantum world
SU(3), U(1), SU(2)’s our gauge
Make a transform and the equations shouldn’t change

The particles then must all be massless
Cause mass terms vary under gauge transformation
The one solution is spontaneous
Symmetry breaking

Roll your vacuum to minimum potential
Break your SU(2) down to massless modes
Into mass terms of gauge bosons they go
Fermions sink in like skiers into snow

Lyrics and arrangement by Tim Blais and A Capella Science
Original music by Adele

Día H… de Higgs

Hoy se ha producido, mejor dicho, se ha anunciado uno de los descubrimientos más importantes de la física de partículas. Esta mañana, aprovechando la 36 Conferencia Internacional sobre Física de Altas Energías, se ha realizado un seminario especial del CERN en el que se ha comunicado los nuevos avances en la búsqueda de la partícula de Higgs. Los trabajos realizados en el LHC en los dos últimos años, bueno más concretamente en el último año (periodo 2011-2012) con energías de trabajo de entre 7 y 8 TeV, parece que han dado sus frutos. Hoy han desvelado desde el CERN que los resultados de los experimentos CMS y ATLAS inducen a afirmar con un tanto por ciento muy elevado que la partícula de Higgs existe. Todo indica que se estaría moviendo en torno a los 125 GeV de masa.

Sobre el Bosón de Higgs ya he escrito en otras entradas, como resumen diré que es una partícula fundamental para que el Modelo Estándar de la Física funcione. Es necesario para explicar como las partículas adquieren su masa y es el nexo de unión entre la fuerza nuclear débil y la fuerza electromagnética.

Ante todo hay que aclarar que las partículas subatómicas y más en concreto las que se mueven en ese entorno de energía son extremadamente inestables y por tanto efímeras. No se pueden ver, mucho menos guardar en una cajita de cartón para enseñarla a los curiosos cuando van a visitarte. Lo que se hace es calcular la probabilidad de que exista estudiando los elementos en los que se desintegra que son más estables. Se han estudiado millones de colisiones, tamizando los resultados para centrarse en eventos de unas características definidas .Tenemos ahora mismo un candidato a Bosón de Higgs, aunque puede que lo que hayan detectado sea un primo suyo.

¿Qué es lo que hace a unos científicos presentar en una conferencia un descubrimiento de este calibre?. ¿En qué se basan para afirmar con más o menos rotundidad la certeza de su descubrimiento?. Básicamente se basan en la probabilidad de acierto, de que lo que hayan detectado sea lo que buscan. Es difícil encontrar un 100% de exactitud, en el caso que nos ocupa estamos muy cerca. Por lo que he leído en física de partículas necesitamos estar en el entorno de 5 sigmas de significación estadística para empezar a afirmar que el suceso está en un entorno de confiabilidad digno de ser tenido en cuenta. Como se ve en la siguiente tabla eso significa una probabilidad de acierto del 99,99995%.

Bien es cierto que en probabilidades y ratios influyen qué parámetros empleemos. Así pues empelando los datos obtenidos en el 2011 y 2012 en los experimentos CMS y ATLAS en un determinado canal (difotónico, en ese canal el Bosón de Higgs se desintegra en un par de fotones) se obtienen sigmas del orden de 6.02, superior a lo que parece ser suficiente para afirmar la existencia de un hecho.

Como se ve en los parámetros utilizan datos de dos años 2011 y 2012 que se corresponden con energías de 7 y 8 TeV respectivamente y en un canal determinado, si empleamos otros parámetros supongo que el sigma será diferente. No obstante es relevante que por separado los experimentos CMS y ATLAS hayan dado resultados que si bien no han llegado al “requerido” 5 sigmas, se han quedado a las puertas ( 4.9 en el CMS y 4.5 sigmas en el ATLAS en una masa de 125.6 GeV). Esto indica la fiabilidad del descubrimiento. En la WEB vixra.org hay mucha información sobre este tema y además hay una bonita herramienta para realizar gráficos con los distintos valores alcanzados en los experimentos.

http://vixra.org/Combo/

 Aún queda mucho trabajo por hacer, la partícula de Higgs se debe desintegrar en cualquier canal con una confiabilidad superior a los 5 sigmas para tener evidencia real de su existencia. Además debe cumplir con las propiedades que se le atorga en el Modelo Estándar. Parece que el escurridizo elemento está definitivamente acorralado, los datos presentados lo avalan. Incluso aunque los datos no correspondieran al Higgs, si no a un primo suyo, lo cercano que están hace predecir que más pronto que tarde ese tema se de por zanjado y el siguiente será desarrollar el Modelo Estándar, basándose en los resultados experimentales obtenidos, mejorando el conocimiento del funcionamiento del Universo.

Inicio de actividad del LCH 2012, objetivo Bosón de Higgs

Hoy ha anunciado el CERN que el mes próximo reanudará las actividades del LHC. Después de unos meses de parada técnica el acelerador de partículas iniciará su nueva singladura con un incremento de la energía de sus haces de 0.5 TeV, estarán trabajando con 4 TeV por haz, aún lejos de los 7 TeV teóricos que puede llegar a alcanzar. Hasta ahora, por seguridad, han sido conservadores en la utilización de energía, los 3.5 TeV han sido suficientes para los experimentos planteados y en definitiva con la física que querían estudiar. En el periodo 2010-2011 se han alcanzado interesantes progresos en el estudio de las partículas que ha culminado con el anuncio de que es posible que el Bosón de Higgs exista realmente.

Los científicos de los experimentos Atlas y CMS han publicado los resultados que adelantaron en Diciembre sobre el Bosón de Higgs en la revista Physics Letters B,  no se puede considerar aún que se haya descubierto el Bosón de Higgs con los datos obtenidos pero está cerca y con el aumento de energía en los choques de este año podría darse el paso definitivo. Todo parece indicar que se mueve en un intervalo de energía-masa de 16 GeV, en los experimentos de CMS y ATLAS parece dar indicios de su existencia entre 116-131 GeV, estamos hablando de una masa 120 veces superior a la del protón.

Con la nueva energía la cantidad de datos en las colisiones registradas en los detectores se multiplicará por tres y con ello se optimizará el rendimiento y las posibilidades de investigación antes de volver a clausurar el LHC en Noviembre por una nueva y larga parada técnica de unos 20 meses. El  objetivo es que en 2015 se puedan alcanzar los 7 TeV por haz inicialmente previstos como óptimos en el diseño del acelerador.

Como la entrada no es muy larga, sólo es un anuncio,  voy a insertar este fragmento de documental por su interés y su sencillez, muy ameno y didáctico.

Cercando al Bosón de Higgs

Mañana día 13 de Diciembre, Santa Lucía para los que miran el santoral, curiosamente la santa de la luz, la patrona de la vista, no soy precisamente dado a estas efemérides pero ésta siempre la tendré presente y sin que hubiera un evento singular ya habría sido un día marcado en mi calendario. Digo que, curiosamente, mañana en el día que conmemora la luz, el descubrimiento, el vislumbrar, el director general del CERN, ni más ni menos, va a dar un seminario oficial a las 14:00 horas.

Durante semanas ha habido rumores, en los mentideros más cualificados que tuvieran relación con la ciencia, con la física, se han filtrado noticias, se ha especulado. El motivo de todo este tumulto, todo este revuelo, es la posibilidad de que el bosón de Higgs haya sido, al menos, cercado. Después de casi dos años de trabajo los experimentos desarrollados en el LHC, más concretamente el ATLAS y CMS, aparentemente han dado sus frutos. Durante estos dos años de investigación se ha avanzado en probar numerosas teorías, se han conseguido hitos y logros incluso superiores a lo previsto. Uno de los retos que tenía el LHC era demostrar que el bosón de Higgs existía, con ello cerraba el círculo que permitía consolidar la teoría física más estable, que más cerca estaba de explicar como funciona el universo, desde los más infinitamente pequeño hasta lo más grandioso. El Modelo Estándar de la física cumple con solvencia las preguntas que le hacen los físicos, permite entender y explicar con sencillez  (bueno quizá esto último sea un eufemismo) los mecanismos de conexión entre lo existente a todos los niveles  Pero el Modelo Estándar se desmoronaría si la llamada “partícula  Dios”, la partícula que Higgs intuyó y que hace bueno el campo de Higgs no existiese. Si no se pudiera encontrar esa partícula experimentalmente podríamos tener dudas acerca de si el modelo actual se desarrolla sobre una base falsa, es como si construimos un rascacielos sobre un terreno pantanoso. Pero aún podríamos funcionar puesto que las herramientas de que nos dota trabajan bien y explican las cosas sin fisuras. Peor sería que descubrieran que dicha partícula no existe, entonces toda la física que se ha desarrollado sobre el Modelo Estándar debería ser replanteada. Hace poco más de dos años, cuando este cuaderno de bitácora iniciaba su singladura y coincidente casi con el inicio de la actividad del LHC escribí algo acerca del bosón de Higgs.

Pero parece ser que estamos en el otro lado de la acera, todo indica que el bosón de Higgs está al alcance de la mano, que hay indicios claros de que existe, los experimentos ATLAS y CMS aparentemente han acercado esa posibilidad a la realidad. El ámbito de trabajo de los últimos meses del LHC entre 114 y 141 GeV parece que, aún trabajando a ciegas puesto que no se sabe exactamente a qué energía se puede observar el bosón, en ese orden puede estar escondido la misteriosa partícula. Los rumore sindican que el trabajo conjunto de los dos detectores han coincidido en resultados, eso parece indicar que sólo esperan que salga con el DNI entre los dientes, que lo tienen al menos acorralado.

Mañana por tanto el mundo científico estará muy pendiente de lo que el Director General del CERN explique. Probablemente cuando los resultados se filtren y los entendidos empiecen a cribar de qué se está hablando realmente,  los curiosos que nos interesan estas cosas aunque apenas comprendamos lo que significa, estaremos de enhorabuena porque seguro las noticias nos ayudan a entender un poco más el universo en el que vivimos y estaremos un poco más cerca de conocer nuestro más primario origen. Quizá en estos momentos haya cosas mucho más importantes, quizá no… seguro, pero teniendo los pies en la tierra me gusta que mi cabeza viaje bien lejos.