Acerca del bosón de Higgs en términos simples: lo que los científicos descubrieron con la ayuda del colisionador de hadrones, ¿para qué se necesita este bosón? El descubrimiento del bosón de Higgs permitirá un uso más eficiente de los fondos presupuestarios, que es más pequeño que el bosón.
Simulación que muestra la aparición del bosón de Higgs cuando dos protones chocan
Bosón de HiggsBosón de Higgs
El bosón de Higgs es una partícula elemental, cuya naturaleza es muy difícil de comprender sin una preparación previa y la comprensión de las leyes físicas y astronómicas básicas del Universo.
El bosón de Higgs tiene muchas propiedades únicas, lo que le permitió recibir otro nombre: la partícula de Dios. Un cuanto abierto tiene color y cargas eléctricas, y su espín es en realidad cero. Esto significa que no tiene rotación cuántica. Además, el bosón participa plenamente en las reacciones gravitacionales y es propenso a desintegrarse en pares de b-quark y b-antiquark, fotones, electrones y positrones en combinación con neutrinos. Sin embargo, los parámetros de estos procesos no superan los 17 megaelectronvoltios (MeV) de ancho. Además de las características anteriores, la partícula de Higgs es capaz de descomponerse en leptones y bosones W. Pero, lamentablemente, no son suficientemente visibles, lo que complica significativamente el estudio, control y análisis del fenómeno. Sin embargo, en los raros momentos en que aún pudieron registrarse, se pudo establecer que corresponden completamente a los modelos físicos de partículas elementales típicos de tales casos.
Predicción e historia del descubrimiento del bosón de Higgs.
Diagrama de Feynman que muestra la posible producción de bosones W o Z, que al interactuar forman un bosón de Higgs neutro.
En 2013, el inglés Peter Higgs y el ciudadano belga François Englert recibieron el Premio Nobel de Física por el descubrimiento y fundamentación de la existencia de un mecanismo que permite comprender cómo y de qué se originan las masas de las partículas elementales. Sin embargo, mucho antes ya se habían llevado a cabo varios experimentos e intentos de descubrir el bosón de Higgs. En 1993, se inició una investigación similar en Europa occidental utilizando la potencia del Gran Colisionador Electrones-Positrones. Pero al final no pudieron producir los resultados esperados por los organizadores de este proyecto. La ciencia rusa también participó en el estudio de la cuestión. Entonces en 2008-2009. Un pequeño equipo de científicos del JINR realizó un cálculo refinado de la masa del bosón de Higgs. Más recientemente, en la primavera de 2015, las colaboraciones conocidas en todo el mundo científico, ATLAS y CMS, volvieron a ajustar la masa del bosón de Higgs, que, según esta información, es aproximadamente igual a 125,09 ± 0,24 gigaelectronvoltios (GeV).
Experimentos para buscar y estimar los parámetros del bosón de Higgs
Como se mencionó anteriormente, los experimentos iniciales de búsqueda y evaluación para determinar la masa del bosón comenzaron en 1993. En 2001 se completó una investigación exhaustiva llevada a cabo en el Gran Colisionador de Electrones y Positrones. Los resultados obtenidos de este experimento se ajustaron aún más en 2004. Según cálculos actualizados, el límite superior de su masa era igual a 251 gigaelectronvoltios (GeV). En 2010, se descubrió una diferencia del 1% en el número de mesones b, muones y antimuones que aparecen durante la desintegración.
A pesar de las deficiencias estadísticas, desde 2011 se siguen recibiendo periódicamente datos del Gran Colisionador de Hadrones. Esto dio esperanzas de corregir información inexacta. Una nueva partícula elemental descubierta un año después, que tenía la misma paridad y capacidad de desintegrarse que el bosón de Higgs, fue objeto de serias críticas y dudas en 2013. Sin embargo, al final de la temporada, el procesamiento de todos los datos acumulados llevó a conclusiones inequívocas: la nueva partícula descubierta es sin duda el codiciado bosón de Higgs y pertenece al modelo físico estándar.
Datos interesantes sobre el bosón de Higgs
El Gran Colisionador de Hadrones. Uno de los principales objetivos del proyecto es la prueba experimental de la existencia del bosón de Higgs y su investigación.
Uno de los hechos más interesantes e increíbles sobre el bosón de Higgs es que esencialmente no existe en la naturaleza. En consecuencia, esta partícula, a diferencia de otros elementos fundamentales, no se encuentra en el espacio que nos rodea. Esto se explica por el hecho de que el bosón de Higgs desaparece casi instantáneamente después de su nacimiento. Esta metamorfosis instantánea se produce mediante la desintegración de una partícula. Además, durante su existencia más corta, el bosón ni siquiera tiene tiempo de interactuar con nada más.
También son datos muy interesantes y que llaman la atención los llamados “apodos” que se le asignaron al bosón de Higgs. Nombres impactantes se hicieron públicos gracias a los medios de comunicación. Uno de ellos fue acuñado por el recién descubierto cuántico Leon Lederman, premio Nobel, y sonaba como “la maldita partícula”. Sin embargo, el editor no lo incluyó en la edición impresa de la obra y fue reemplazado por “partícula de Dios” o “partícula de Dios”.
Otros nombres de masa para el bosón de Higgs
A pesar de la popularidad de los "apodos" que Lederman le dio al bosón de Higgs, la gran mayoría de los científicos no los aprueba y, con mayor frecuencia, utilizan otro nombre "común". Se traduce como "bosón de botella de champán". La base para la aparición de tal terminología en la designación del bosón de Higgs fue una cierta similitud de su complejo campo con el fondo de una botella de champán. No menos importante para los científicos "traviesos" es la comparación alegórica, que insinúa la abundancia de champán bebido con motivo del descubrimiento de una partícula importante.
También vale la pena prestar atención al hecho de que existen los llamados modelos físicos sin Higgs, desarrollados incluso antes del descubrimiento del bosón. Implican una especie de extensión de la norma.
La ciencia moderna no se detiene, sino que se desarrolla constante y constantemente. El conocimiento acumulado en la física actual y campos relacionados ha hecho posible no sólo predecir, sino también, de hecho, realizar el descubrimiento del bosón de Higgs. Pero el estudio de sus propiedades y la designación de áreas de aplicación de la información obtenida se encuentra sólo en la etapa inicial. Por tanto, a los físicos y astrónomos modernos todavía les queda mucho trabajo y experimentos por hacer relacionados con el estudio de esta partícula fundamental para el Universo.
Como teoría, el modelo estándar funciona bien, a pesar de su incapacidad para ajustarse a la gravedad. Gracias a esto, los físicos predijeron la existencia de determinadas partículas antes de que fueran descubiertas experimentalmente. Y así, el bosón de Higgs apareció en el horizonte. Averigüemos cómo encaja esta partícula en el Modelo Estándar y en el Universo en su conjunto.
El bosón de Higgs: la última pieza del rompecabezas
Los científicos creen que cada una de estas cuatro fuerzas fundamentales tiene una partícula (o bosón) correspondiente que afecta la materia. Es difícil de entender. Estamos acostumbrados a pensar en la fuerza como un éter misterioso que se encuentra más allá del ser y del no ser, pero en realidad la fuerza es tan real como la materia misma.
Algunos físicos describen los bosones como escamas conectadas por bandas elásticas a las partículas de materia que los generan. Usando esta analogía, podemos imaginar bosones disparados constantemente con bandas elásticas y enredándose con otros bosones en el proceso de generar fuerza.
Los científicos creen que cada una de las cuatro fuerzas fundamentales tiene sus propios bosones específicos. Los campos electromagnéticos, por ejemplo, transmiten fuerza electromagnética a la materia a través de un fotón. Los físicos creen que el bosón de Higgs tiene la misma función, pero transferirá masa.
Pero, ¿puede la materia tener masa sin el bosón de Higgs? Según el Modelo Estándar, núm. Pero los físicos han encontrado una solución. ¿Qué pasa si todas las partículas no tienen masa propia, sino que la ganan al pasar por un determinado campo? Este campo, conocido como campo de Higgs, afecta a diferentes partículas de manera diferente. Los fotones pueden pasar desapercibidos, pero los bosones W y Z quedarán atrapados en la masa. De hecho, el supuesto de la existencia del bosón de Higgs dice que todo lo que tiene masa interactúa con el omnipresente campo de Higgs que ocupa todo el Universo. Y al igual que otros campos descritos por el modelo estándar, el campo de Higgs necesita su propia partícula portadora para influir en otras partículas. Se llama bosón de Higgs.
El 4 de julio de 2012, los científicos que trabajan en el Gran Colisionador de Hadrones anunciaron que habían descubierto una partícula que se comporta como el bosón de Higgs. Puedes exhalar, pensaron los físicos, pero resultó que puede haber varios bosones similares al Higgs, lo que significa que la investigación en niveles de energía más altos continuará y continuará.
Lo que es notable es que el bosón de Higgs inesperadamente resultó ser un presagio de la muerte del Universo. El guión es posible.
Académico Valery Rubakov, Instituto de Investigación Nuclear RAS y Universidad Estatal de Moscú.
El 4 de julio de 2012 tuvo lugar un hecho de extraordinaria importancia para la física: en un seminario en el CERN (Centro Europeo de Investigaciones Nucleares) se anunció el descubrimiento de una nueva partícula que, como afirman atentamente los autores del descubrimiento, corresponde en sus propiedades al bosón elemental teóricamente predicho del modelo estándar de partículas de física elemental. Se le suele llamar bosón de Higgs, aunque este nombre no es del todo adecuado. Sea como fuere, estamos hablando del descubrimiento de uno de los principales objetos de la física fundamental, que no tiene análogos entre las partículas elementales conocidas y ocupa un lugar único en la imagen física del mundo (ver "Ciencia y vida" No. 1, 1996, artículo “¡El bosón de Higgs es necesario!”).
El detector LHC-B está diseñado para estudiar las propiedades de los mesones B, hadrones que contienen un quark b. Estas partículas se desintegran rápidamente y tienen tiempo de alejarse del haz de partículas sólo una fracción de milímetro. Foto: Maximilien Brice, CERN.
Partículas elementales del Modelo Estándar. Casi todos tienen sus propias antipartículas, que se designan mediante un símbolo con una tilde en la parte superior.
Interacciones en el micromundo. La interacción electromagnética se produce debido a la emisión y absorción de fotones (a). Las interacciones débiles son de naturaleza similar: son causadas por la emisión, absorción o desintegración de los bosones Z (b) o los bosones W (c).
El bosón de Higgs H (espín 0) se desintegra en dos fotones (espín 1), cuyos espines son antiparalelos y suman 0.
Cuando un electrón rápido emite un fotón o un bosón Z, la proyección de su espín sobre la dirección del movimiento no cambia. La flecha circular muestra la rotación interna del electrón.
En un campo magnético uniforme, un electrón se mueve en línea recta a lo largo del campo y en espiral en cualquier otra dirección.
Un fotón de longitud de onda larga y, por tanto, de baja energía no es capaz de resolver la estructura del mesón π, un par quark-antiquark.
Las partículas aceleradas a enormes energías en el Gran Colisionador de Hadrones chocan, generando muchas partículas secundarias: productos de reacción. Entre ellos se descubrió el bosón de Higgs, que los físicos esperaban encontrar desde hacía casi medio siglo.
El físico inglés Peter W. Higgs demostró a principios de los años 1960 que en el modelo estándar de partículas elementales debe haber otro bosón: un cuanto de campo que crea masa en la materia.
¿Qué pasó en el seminario y antes?
El anuncio del seminario se hizo a finales de junio e inmediatamente quedó claro que sería extraordinario. El hecho es que los primeros indicios de la existencia de un nuevo bosón se recibieron en diciembre de 2011 en los experimentos ATLAS y CMS realizados en el Gran Colisionador de Hadrones (LHC) del CERN. Además, poco antes del seminario, apareció un mensaje de que los datos de los experimentos en el colisionador protón-antiprotón Tevatron (Fermilab, EE. UU.) también indican la existencia de un nuevo bosón. Todo esto aún no era suficiente para hablar de un descubrimiento. Pero desde diciembre, la cantidad de datos recopilados en el LHC se ha duplicado y los métodos para procesarlos se han vuelto más avanzados. El resultado fue impresionante: en cada uno de los experimentos ATLAS y CMS por separado, la confiabilidad estadística de la señal alcanzó un valor que se considera el nivel de descubrimiento en física de partículas (cinco desviaciones estándar).
El seminario se desarrolló en un ambiente festivo. Además de los investigadores que trabajan en el CERN y los estudiantes que estudian allí en los programas de verano, también fue "visitado" a través de Internet por los participantes de la conferencia más importante sobre física de altas energías, que se inauguró el mismo día en Melbourne. El seminario se transmitió por Internet a centros de investigación y universidades de todo el mundo, incluida, por supuesto, Rusia. Después de las impresionantes actuaciones de los líderes de las colaboraciones de CMS, Joe Incandela y ATLAS, Fabiola Gianotti, el director general del CERN, Rolf Heuer, concluyó: “¡Creo que lo tenemos!” (“¡Creo que lo tenemos en nuestras manos!”).
Entonces, ¿qué está “en nuestras manos” y por qué se les ocurrió a los teóricos?
¿Qué es una nueva partícula?
La versión mínima de la teoría de los micromundos se llama torpemente Modelo Estándar. Incluye todas las partículas elementales conocidas (las enumeramos a continuación) y todas las interacciones conocidas entre ellas. La interacción gravitacional se distingue: no depende del tipo de partículas elementales, sino que está descrita por la teoría general de la relatividad de Einstein. El bosón de Higgs siguió siendo el único elemento del modelo estándar que no se había descubierto hasta hace poco.
Llamamos mínimo al modelo estándar precisamente porque no contiene otras partículas elementales. En particular, tiene un bosón de Higgs, y sólo uno, y es una partícula elemental, no compuesta (más adelante se analizarán otras posibilidades). La mayoría de los aspectos del modelo estándar, con excepción del nuevo sector al que pertenece el bosón de Higgs, han sido probados en numerosos experimentos, y la principal tarea del programa de trabajo del LHC es descubrir si la versión mínima de la teoría es realmente válida. implementado en la naturaleza y cuán completamente describe el micromundo.
Durante la implementación de este programa, se descubrió una nueva partícula, bastante pesada para los estándares de la física de micromundos. En este campo de la ciencia, la masa se mide en unidades de energía, teniendo en cuenta la relación E = mс 2 entre masa y energía en reposo. La unidad de energía es el electronvoltio (eV), la energía que adquiere un electrón después de pasar por una diferencia de potencial de 1 voltio, y sus derivadas: MeV (millones, 10 6 eV), GeV (mil millones, 10 9 eV), TeV. (billones, 10 12 eV) . La masa de un electrón en estas unidades es de 0,5 MeV, la de un protón es de aproximadamente 1 GeV y la partícula elemental más pesada conocida, el t-quark, es de 173 GeV. Entonces, la masa de la nueva partícula es 125-126 GeV (la incertidumbre está asociada al error de medición). Llamemos a esta nueva partícula N.
No tiene carga eléctrica, es inestable y puede descomponerse de diferentes maneras. Fue descubierto en el Gran Colisionador de Hadrones del CERN estudiando la desintegración de dos fotones, H → γγ, y de dos pares electrón-positrón y/o muón-antimuón, H → e + e - e + e -, H → e + e. - μ + μ - , H → μ + μ - μ + μ-. El segundo tipo de proceso se escribe como H → 4ℓ, donde ℓ denota una de las partículas e +, e -, μ + o μ - (se llaman leptones). Tanto CMS como ATLAS también informan un exceso de eventos, lo que puede explicarse por las desintegraciones de H → 2ℓ2ν, donde ν es un neutrino. Sin embargo, este exceso aún no tiene una significación estadística elevada.
En general, todo lo que se sabe ahora sobre la nueva partícula coincide con su interpretación como bosón de Higgs, predicha por la versión más simple de la teoría de las partículas elementales: el modelo estándar. Dentro del modelo estándar, es posible calcular tanto la probabilidad de producción del bosón de Higgs en colisiones protón-protón en el Gran Colisionador de Hadrones como las probabilidades de sus desintegraciones, y así predecir el número de eventos esperados. Las predicciones están bien confirmadas por experimentos, pero, por supuesto, dentro de los límites del error. Los errores experimentales siguen siendo grandes y todavía hay muy pocos valores medidos. Sin embargo, es difícil dudar de que se haya descubierto el bosón de Higgs o algo muy similar, sobre todo teniendo en cuenta que estas desintegraciones deberían ser muy raras: 2 de cada 1.000 bosones de Higgs se desintegran en dos fotones, y 1 de cada 10.000 descomponerse en 4ℓ.
En más de la mitad de los casos, el bosón de Higgs debería desintegrarse en un par b-quark - b-antiquark: H → bb̃. El nacimiento de un par bb̃ en colisiones protón-protón (y protón-antiprotón) es un fenómeno muy frecuente incluso sin ningún bosón de Higgs, y aún no ha sido posible aislar la señal de este "ruido" (los físicos dicen antecedentes ) en experimentos en el LHC. Esto se logró en parte en el colisionador Tevatron y, aunque la significancia estadística es notablemente menor, estos datos también coinciden con las predicciones del modelo estándar.
Todas las partículas elementales tienen espín: momento angular interno. El espín de una partícula puede ser un número entero (incluido el cero) o un medio entero en unidades de la constante de Planck ћ. Las partículas con espín entero se denominan bosones y las partículas con espín semientero se denominan fermiones. El espín de un electrón es 1/2, el espín de un fotón es 1. Del análisis de los productos de desintegración de una nueva partícula se deduce que su espín es integral, es decir, es un bosón. De la conservación del momento angular en la desintegración de una partícula en un par de fotones H → γγ se deduce: el espín de cada fotón es un número entero; El momento angular total del estado final (par de fotones) siempre permanece intacto. Esto significa que el estado inicial también está intacto.
Además, no es igual a la unidad: una partícula de espín 1 no puede desintegrarse en dos fotones con espín 1. Lo que queda es espín 0; 2 o más. Aunque aún no se ha medido el espín de la nueva partícula, es extremadamente improbable que estemos ante una partícula de espín 2 o mayor. Es casi seguro que el espín de H es cero y, como veremos, esto es exactamente lo que debe ser el bosón de Higgs.
Concluyendo la descripción de las propiedades conocidas de la nueva partícula, digamos que según los estándares de la física de micromundos, vive durante bastante tiempo. Según datos experimentales, una estimación inferior de su vida útil da ТH > 10 -24 s, lo que no contradice la predicción del modelo estándar: ТH = 1,6·10 -22 s. A modo de comparación: la vida útil de un quark t es T t = 3·10 -25 s. Tenga en cuenta que es casi imposible medir directamente la vida útil de una nueva partícula en el LHC.
¿Por qué otro bosón?
En física cuántica, cada partícula elemental sirve como cuanto de un determinado campo, y viceversa: cada campo tiene su propia partícula cuántica; el ejemplo más famoso es el campo electromagnético y su cuanto, el fotón. Por tanto, la pregunta planteada en el título puede reformularse de la siguiente manera:
¿Por qué se necesita un nuevo campo y cuáles son sus propiedades esperadas?
La respuesta corta es que las simetrías de la teoría del micromundo -ya sea el Modelo Estándar o alguna teoría más compleja- prohíben que las partículas elementales tengan masa, y el nuevo campo rompe estas simetrías y asegura la existencia de masas de partículas. En el Modelo Estándar, la versión más simple de la teoría (¡pero sólo en él!), todas las propiedades del nuevo campo y, en consecuencia, del nuevo bosón, con la excepción de su masa, se predicen sin ambigüedades, nuevamente basándose en consideraciones de simetría. . Como dijimos, los datos experimentales disponibles son consistentes con la versión más simple de la teoría, pero estos datos aún son bastante escasos y queda mucho trabajo por delante para descubrir exactamente cómo funciona el nuevo sector de la física de partículas elementales.
Consideremos, al menos en términos generales, el papel de la simetría en la física del micromundo.
Simetrías, leyes de conservación y prohibiciones.
Una propiedad común de las teorías físicas, ya sea la mecánica newtoniana, la mecánica de la relatividad especial, la mecánica cuántica o la teoría del micromundo, es que cada simetría tiene su propia ley de conservación. Por ejemplo, la simetría con respecto a los cambios en el tiempo (es decir, el hecho de que las leyes de la física son las mismas en cada momento del tiempo) corresponde a la ley de conservación de la energía, la simetría con respecto a los cambios en el espacio corresponde a la ley de conservación del momento y simetría con respecto a las rotaciones en él (todas las direcciones en el espacio son iguales): ley de conservación del momento angular. Las leyes de conservación también pueden interpretarse como prohibiciones: las simetrías enumeradas prohíben cambios en la energía, el momento y el momento angular de un sistema cerrado durante su evolución.
Y viceversa: cada ley de conservación tiene su propia simetría; Esta afirmación es absolutamente precisa en la teoría cuántica. Surge la pregunta: ¿qué simetría corresponde a la ley de conservación de la carga eléctrica? Está claro que las simetrías de espacio y tiempo que acabamos de mencionar no tienen nada que ver con ello. Sin embargo, además de las simetrías espacio-temporales obvias, existen simetrías "internas" no obvias. Uno de ellos conduce a la conservación de la carga eléctrica. Para nosotros es importante que esta misma simetría interna (sólo entendida en un sentido ampliado; los físicos usan el término "invariancia de calibre") explique por qué el fotón no tiene masa. La falta de masa en un fotón, a su vez, está estrechamente relacionada con el hecho de que la luz tiene sólo dos tipos de polarización: izquierda y derecha.
Para aclarar la conexión entre la presencia de solo dos tipos de polarización de la luz y la ausencia de masa en el fotón, dejemos de hablar de simetrías por un momento y recordemos nuevamente que las partículas elementales se caracterizan por tener espín, semientero o entero. en unidades de la constante de Planck ћ. Los fermiones elementales (partículas de espín medio entero) tienen espín 1/2. Estos son el electrón e, el electrón neutrino ν e, análogos pesados del electrón - muón μ y tau leptón τ, sus neutrinos ν μ y ν τ, quarks de seis tipos u, d, c, s, t, b y antipartículas correspondientes a todos ellos (positrón e + , antineutrino electrónico ν̃ e, antiquark ũ, etc.). Los quarks U y d son ligeros y forman el protón (composición de quarks uud) y el neutrón (udd). Los quarks restantes (c, t, s, b) son más pesados; Forman parte de partículas de vida corta, por ejemplo, los mesones K.
Los bosones, partículas de espín completo, incluyen no solo el fotón, sino también sus análogos distantes: los gluones (espín 1). Los gluones son responsables de las interacciones entre quarks y los unen formando protones, neutrones y otras partículas constituyentes. Además, hay tres partículas más de espín 1: bosones W +, W - cargados eléctricamente y un bosón Z neutro, que se analizarán a continuación. Bueno, el bosón de Higgs, como ya se mencionó, debe tener espín cero. Ahora hemos enumerado todas las partículas elementales que se encuentran en el modelo estándar.
Una partícula masiva de espín s (en unidades de ћ) tiene 2s + 1 estados con diferentes proyecciones de espín sobre un eje dado (el espín es un momento angular interno, un vector, por lo que el concepto de su proyección sobre un eje dado tiene el significado habitual) . Por ejemplo, el espín de un electrón (s = 1/2) en su estado de reposo puede dirigirse, por ejemplo, hacia arriba (s 3 = +1/2) o hacia abajo (s 3 = -1/2). El bosón Z tiene masa distinta de cero y espín s = 1, por lo que tiene tres estados con diferentes proyecciones de espín: s 3 = +1, 0 o -1. La situación es completamente diferente con las partículas sin masa. Dado que vuelan a la velocidad de la luz, es imposible moverse al sistema de referencia donde dicha partícula está en reposo. Sin embargo, podemos hablar de su helicidad: la proyección del giro en la dirección del movimiento. Entonces, aunque el giro del fotón es igual a la unidad, solo existen dos proyecciones de este tipo: en la dirección del movimiento y en contra de él. Estas son las polarizaciones derecha e izquierda de la luz (fotones). El tercer estado con proyección de espín cero, que tendría que existir si el fotón tuviera masa, está prohibido por la profunda simetría interna de la electrodinámica, la misma simetría que conduce a la conservación de la carga eléctrica. ¡Así, esta simetría interna prohíbe la existencia de masa en el fotón!
Hay algo mal
Sin embargo, lo que nos interesa no son los fotones, sino los bosones W ± - y Z. Estas partículas, descubiertas en 1983 en el colisionador protón-antiprotón Spp̃S del CERN y predichas mucho antes por los teóricos, tienen una masa bastante grande: el bosón W ± tiene una masa de 80 GeV (unas 80 veces más pesado que un protón), y el El bosón Z tiene una masa de 91 GeV. Las propiedades de los bosones W ± - y Z son bien conocidas principalmente gracias a experimentos realizados en los colisionadores electrón-positrón LEP (CERN) y SLC (SLAC, EE. UU.) y en el colisionador protón-antiprotón Tevatron (Fermilab, EE. UU.): la precisión de mediciones de una serie de cantidades relacionadas con los bosones W ± - y Z, mejores que el 0,1%. Sus propiedades, y también las de otras partículas, están perfectamente descritas por el modelo estándar. Esto también se aplica a las interacciones de los bosones W ± - y Z con electrones, neutrinos, quarks y otras partículas. Estas interacciones, por cierto, se denominan débiles. Han sido estudiados en detalle; Uno de los ejemplos más conocidos de su manifestación son las desintegraciones beta de muones, neutrones y núcleos.
Como ya se mencionó, cada uno de los bosones W ± - y Z puede estar en tres estados de espín, y no en dos, como un fotón. Sin embargo, interactúan con los fermiones (neutrinos, quarks, electrones, etc.) en principio del mismo modo que los fotones. Por ejemplo, un fotón interactúa con la carga eléctrica de un electrón y la corriente eléctrica creada por el electrón en movimiento. De la misma manera, el bosón Z interactúa con una determinada carga y corriente de electrón que surge cuando el electrón se mueve, solo que esta carga y corriente son de naturaleza no eléctrica. Hasta una característica importante, que discutiremos en breve, la analogía estará completa si, además de la carga eléctrica, al electrón se le asigna también una carga Z. Tanto los quarks como los neutrinos tienen sus propias cargas Z.
La analogía con la electrodinámica va aún más allá. Al igual que la teoría de los fotones, la teoría de los bosones W ± y Z tiene una simetría interna profunda, cercana a la que conduce a la ley de conservación de la carga eléctrica. En completa analogía con el fotón, prohíbe que los bosones W ± - y Z tengan una tercera polarización y, por tanto, masa. Aquí es donde surge la inconsistencia: la prohibición de simetría en la masa de una partícula de espín-1 funciona para un fotón, ¡pero no funciona para los bosones W ± - y Z!
Además. ¡Las interacciones débiles de electrones, neutrinos, quarks y otras partículas con los bosones W ± - y Z ocurren como si estos fermiones no tuvieran masa! El número de polarizaciones no tiene nada que ver con esto: tanto los fermiones masivos como los sin masa tienen dos polarizaciones (direcciones de giro). La cuestión es cómo interactúan exactamente los fermiones con los bosones W ± y Z.
Para explicar la esencia del problema, primero desconectemos la masa del electrón (en teoría esto está permitido) y consideremos un mundo imaginario en el que la masa del electrón sea cero. En un mundo así, un electrón vuela a la velocidad de la luz y puede tener un espín dirigido en la dirección del movimiento o en contra de él. En cuanto al fotón, en el primer caso tiene sentido hablar de un electrón con polarización derecha o, en resumen, de un electrón diestro, en el segundo caso, de uno zurdo.
Como sabemos bien cómo funcionan las interacciones electromagnéticas y débiles (y en ellas sólo participa el electrón), somos bastante capaces de describir las propiedades del electrón en nuestro mundo imaginario. Y son así.
En primer lugar, en este mundo los electrones derecho e izquierdo son dos partículas completamente diferentes: el electrón derecho nunca se convierte en izquierdo y viceversa. Esto está prohibido por la ley de conservación del momento angular (en este caso, el espín), y las interacciones de un electrón con un fotón y un bosón Z no cambian su polarización. En segundo lugar, solo el electrón izquierdo experimenta la interacción del electrón con el bosón W, y el derecho no participa en ella en absoluto. La tercera característica importante que mencionamos anteriormente en esta imagen es que las cargas Z de los electrones izquierdo y derecho son diferentes, y el electrón izquierdo interactúa con el bosón Z con más fuerza que el derecho. El muón, el leptón tau y los quarks tienen propiedades similares.
Destacamos que en un mundo imaginario con fermiones sin masa no hay problema con el hecho de que los electrones izquierdo y derecho interactúen con los bosones W y Z de manera diferente y, en particular, que las cargas Z “izquierda” y “derecha” sean diferentes. . En este mundo, los electrones izquierdo y derecho son partículas diferentes, y ahí se acabó: no nos sorprende, por ejemplo, que un electrón y un neutrino tengan cargas eléctricas diferentes: -1 y 0.
Al incluir la masa del electrón, llegamos inmediatamente a una contradicción. Un electrón rápido, cuya velocidad es cercana a la velocidad de la luz y cuyo espín está dirigido en contra de la dirección del movimiento, se ve casi igual que el electrón izquierdo de nuestro mundo imaginario. Y debería interactuar casi de la misma manera. Si su interacción está asociada con la carga Z, entonces el valor de su carga Z es "zurdo", el mismo que el del electrón zurdo del mundo imaginario. Sin embargo, la velocidad de un electrón masivo es aún menor que la velocidad de la luz y siempre se puede cambiar a un sistema de referencia que se mueva aún más rápido. En el nuevo sistema, la dirección del movimiento de los electrones se invertirá, pero la dirección del espín seguirá siendo la misma.
La proyección del espín sobre la dirección del movimiento ahora será positiva y dicho electrón parecerá diestro y no zurdo. En consecuencia, su carga Z debería ser la misma que la del electrón derecho del mundo imaginario. Pero esto no puede ser: el valor del cargo no debe depender del sistema de referencia. Hay una contradicción. Destaquemos que llegamos a ello suponiendo que la carga Z se conserva; No hay otra manera de hablar de su importancia para una partícula determinada.
Esta contradicción muestra que las simetrías del Modelo Estándar (para ser más precisos, hablaremos de ello, aunque todo lo dicho se aplica a cualquier otra versión de la teoría) debería prohibir la existencia de masas no solo en los bosones W ± - y Z, sino también en también en fermiones. ¿Pero qué tiene que ver la simetría con esto?
A pesar de que deberían conducir a la conservación de la carga Z. Al medir la carga Z de un electrón, podemos decir definitivamente si el electrón es zurdo o diestro. Y esto sólo es posible cuando la masa del electrón es cero.
Así, en un mundo donde todas las simetrías del modelo estándar se realizarían de la misma manera que en la electrodinámica, todas las partículas elementales tendrían masa cero. Pero en el mundo real tienen masas, lo que significa que algo debe suceder con las simetrías del Modelo Estándar.
Rompiendo la simetría
Hablando de la conexión de la simetría con las leyes y prohibiciones de conservación, perdimos de vista una circunstancia. Se basa en el hecho de que las leyes de conservación y las prohibiciones de simetría se cumplen sólo cuando la simetría está explícitamente presente. Sin embargo, las simetrías también pueden romperse. Por ejemplo, en una muestra homogénea de hierro a temperatura ambiente puede haber un campo magnético dirigido en alguna dirección; la muestra es entonces un imán. Si en su interior vivieran criaturas microscópicas, descubrirían que no todas las direcciones del espacio son iguales. Un electrón que vuela a través de un campo magnético se ve afectado por la fuerza de Lorentz del campo magnético, pero un electrón que vuela a lo largo de él no se ve afectado por la fuerza. Un electrón se mueve a lo largo de un campo magnético en línea recta, a través del campo en círculo y, en el caso general, en espiral. Por tanto, el campo magnético dentro de la muestra rompe la simetría con respecto a las rotaciones en el espacio. En este sentido, la ley de conservación del momento angular no se cumple dentro del imán: cuando un electrón se mueve en espiral, la proyección del momento angular sobre el eje perpendicular al campo magnético cambia con el tiempo.
Aquí estamos tratando con una ruptura espontánea de simetría. En ausencia de influencias externas (por ejemplo, el campo magnético de la Tierra), en diferentes muestras de hierro el campo magnético puede dirigirse en diferentes direcciones, y ninguna de estas direcciones es preferible a otra. La simetría original con respecto a la rotación todavía está presente y se manifiesta en el hecho de que el campo magnético de la muestra puede dirigirse a cualquier lugar. Pero una vez que surgió el campo magnético, también apareció una dirección preferida y se rompió la simetría dentro del imán. En un nivel más formal, las ecuaciones que gobiernan la interacción de los átomos de hierro entre sí y con un campo magnético son simétricas con respecto a las rotaciones en el espacio, pero el estado del sistema de estos átomos (la muestra de hierro) es asimétrico. Este es el fenómeno de la ruptura espontánea de la simetría. Tenga en cuenta que estamos hablando aquí del estado más ventajoso, que tiene menos energía; Este estado se llama básico. Aquí es donde eventualmente terminará la muestra de hierro, incluso si inicialmente no estaba magnetizada.
Entonces, la ruptura espontánea de cierta simetría ocurre cuando las ecuaciones de la teoría son simétricas, pero el estado fundamental no lo es. La palabra "espontáneo" se utiliza en este caso debido a que el propio sistema, sin nuestra participación, elige un estado asimétrico, ya que es este estado el que es energéticamente más favorable. Del ejemplo anterior queda claro que si la simetría se rompe espontáneamente, entonces las leyes de conservación y las prohibiciones que surgen de ella no funcionan; en nuestro ejemplo esto se refiere a la conservación del momento angular. Destaquemos que la simetría completa de la teoría sólo puede romperse parcialmente: en nuestro ejemplo, a pesar de la simetría completa con respecto a todas las rotaciones en el espacio, la simetría con respecto a las rotaciones alrededor de la dirección del campo magnético permanece clara e intacta.
Las criaturas microscópicas que viven dentro de un imán podrían preguntarse: "En nuestro mundo, no todas las direcciones son iguales, el momento angular no se conserva, pero ¿es realmente asimétrico el espacio con respecto a las rotaciones?" Habiendo estudiado el movimiento de los electrones y construido la teoría correspondiente (en este caso, la electrodinámica), entenderían que la respuesta a esta pregunta es negativa: sus ecuaciones son simétricas, pero esta simetría se rompe espontáneamente debido a la “difusión” del campo magnético. en todos lados. Desarrollando más la teoría, predecirían que el campo responsable de la ruptura espontánea de la simetría debería tener sus propios cuantos, los fotones. Y, habiendo construido un pequeño acelerador dentro de un imán, nos alegraríamos de ver que estos cuantos realmente existen: ¡nacen de colisiones de electrones!
En términos generales, la situación en la física de partículas es similar a la descrita. Pero también hay diferencias importantes. En primer lugar, no es necesario hablar de ningún medio como una red cristalina de átomos de hierro. En la naturaleza, el estado con menor energía es el vacío (¡por definición!). Esto no significa que en el vacío, el estado básico de la naturaleza, no pueda haber campos uniformemente "difundidos", similares al campo magnético de nuestro ejemplo. Por el contrario, las inconsistencias de las que hablamos indican que las simetrías del Modelo Estándar (más precisamente, parte de ellas) deberían romperse espontáneamente, y esto supone que existe algún tipo de campo en el vacío que asegura esta violación. En segundo lugar, no estamos hablando de simetrías espacio-temporales, como en nuestro ejemplo, sino de simetrías internas. Las simetrías espacio-temporales, por el contrario, no deberían romperse debido a la presencia de un campo en el vacío. De esto se desprende una conclusión importante: a diferencia del campo magnético, este campo no debería resaltar ninguna dirección en el espacio (más precisamente, en el espacio-tiempo, ya que estamos tratando con física relativista). Los campos con esta propiedad se denominan escalares; corresponden a partículas de espín 0. Por lo tanto, el campo “disperso” en el vacío y que conduce a la ruptura de la simetría debe ser hasta ahora desconocido y nuevo. De hecho, los campos conocidos que mencionamos explícita o implícitamente anteriormente (el campo electromagnético, los campos de los bosones W ± y Z, los gluones) corresponden a partículas de espín 1. Dichos campos resaltan direcciones en el espacio-tiempo y se denominan vectores. y necesitamos un escalar de campo. Los campos correspondientes a fermiones (giro 1/2) tampoco son adecuados. En tercer lugar, el nuevo campo no debería romper completamente las simetrías del modelo estándar; la simetría interna de la electrodinámica debería permanecer intacta. Finalmente, y esto es lo más importante, la interacción del nuevo campo, "difundido" en el vacío, con los bosones W ± - y Z, los electrones y otros fermiones debería conducir a la aparición de masas en estas partículas.
El mecanismo para la generación de masas de partículas de espín-1 (en la naturaleza son bosones W ± - y Z) debido a la ruptura espontánea de la simetría fue propuesto en el contexto de la física de partículas elementales por los teóricos de Bruselas Francois Englert y Robert Brout en 1964 y un poco más tarde por el físico de Edimburgo Peter Higgs.
Los investigadores se basaron en la idea de ruptura espontánea de simetría (pero en teorías sin campos vectoriales, es decir, sin partículas de espín 1), que fue introducida en 1960-1961 en los trabajos de J. Nambu, quien junto con J. Jona -Lasinio, V. G. Vaks y A. I. Larkin, J. Goldstone (Yoichiro Nambu recibió el Premio Nobel por este trabajo en 2008). A diferencia de autores anteriores, Engler, Brout y Higgs consideraron una teoría (en ese momento especulativa) en la que estaban presentes tanto un campo escalar (espín 0) como un campo vectorial (espín 1). Esta teoría tiene una simetría interna, bastante similar a la simetría de la electrodinámica, que conduce a la conservación de la carga eléctrica y a la prohibición de la masa del fotón. Pero a diferencia de la electrodinámica, la simetría interna se rompe espontáneamente por un campo escalar uniforme presente en el vacío. Un resultado notable de Engler, Brout y Higgs fue la demostración de que esta violación de la simetría implica automáticamente la aparición de masa en una partícula de espín 1: ¡un cuanto del campo vectorial!
Una generalización bastante sencilla del mecanismo de Engler-Brout-Higgs, asociada con la inclusión de los fermiones en la teoría y su interacción con un campo escalar que rompe la simetría, conduce a la aparición de masa en los fermiones. ¡Todo está empezando a encajar! El Modelo Estándar se obtiene como una generalización adicional. Ahora contiene no uno, sino varios campos vectoriales: fotones, bosones W ± y Z (los gluones son una historia aparte, no tienen nada que ver con el mecanismo de Engler-Brout-Higgs) y diferentes tipos de fermiones. En realidad, el último paso no es nada trivial; Steven Weinberg, Sheldon Glashow y Abdus Salam recibieron el Premio Nobel en 1979 por formular una teoría completa de las interacciones débiles y electromagnéticas.
Volvamos a 1964. Para analizar su teoría, Engler y Brout utilizaron un enfoque bastante elaborado para los estándares actuales. Probablemente esta sea la razón por la que no se dieron cuenta de que, junto con una partícula masiva de espín 1, la teoría predice la existencia de otra partícula: un bosón con espín 0. Pero Higgs se dio cuenta, y ahora esta nueva partícula sin espín a menudo se llama bosón de Higgs. . Como ya se señaló, esta terminología no es del todo correcta: fueron Engler y Brout quienes propusieron por primera vez el uso de un campo escalar para la ruptura espontánea de la simetría y la generación de masas de partículas de espín-1. Sin entrar en más terminología, destacamos que el nuevo bosón de espín cero sirve como un cuanto del propio campo escalar que rompe la simetría. Y esta es su singularidad.
Es necesario hacer una aclaración aquí. Repitamos que si no hubiera una ruptura espontánea de la simetría, entonces los bosones W ± y Z carecerían de masa. Cada uno de los tres bosones W+, W-, Z tendría, como un fotón, dos polarizaciones. En total, considerando partículas con diferentes polarizaciones como desiguales, tendríamos 2 × 3 = 6 tipos de bosones W ± - y Z. En el Modelo Estándar, los bosones W ± y Z son masivos, cada uno de ellos tiene tres estados de espín, es decir, tres polarizaciones, para un total de 3 × 3 = 9 tipos de partículas - cuantos de los campos W ±, Z. Surge la pregunta: ¿de dónde proceden los tres tipos “extra”? El hecho es que el modelo estándar necesita no uno, sino cuatro campos escalares de Engler-Brout-Higgs. El cuanto de uno de ellos es el bosón de Higgs. Y los cuantos de los otros tres, como resultado de una ruptura espontánea de la simetría, se convierten en los tres cuantos “extra” presentes en los bosones masivos W ± - y Z. Fueron descubiertos hace mucho tiempo, ya que se sabe que los bosones W ± - y Z tienen masa: los tres estados de espín "extra" de los bosones W + -, W - y Z son los que son.
Esta aritmética, por cierto, es consistente con el hecho de que los cuatro campos de Engler-Brout-Higgs son escalares y sus cuantos tienen espín cero. Los bosones W ± - y Z sin masa tendrían proyecciones de espín en la dirección del movimiento iguales a -1 y +1. Para los bosones W ± - y Z masivos, estas proyecciones toman valores -1, 0 y +1, es decir, los cuantos "extra" tienen una proyección cero. Los tres campos de Engler-Brout-Higgs de los que se obtienen estos cuantos “extra” también tienen una proyección de espín cero sobre la dirección del movimiento simplemente porque su vector de espín es cero. Todo encaja.
Entonces, el bosón de Higgs es un cuanto de uno de los cuatro campos escalares de Engler-Brout-Higgs en el modelo estándar. Los otros tres son devorados por (¡término científico!) Los bosones W ± - y Z, convirtiéndose en su tercer estado de espín faltante.
¿Es realmente necesario un nuevo bosón?
Lo más sorprendente de esta historia es que hoy entendemos: el mecanismo de Engler-Brout-Higgs no es de ninguna manera el único mecanismo posible para romper la simetría en la física del micromundo y generar masas de partículas elementales, y el bosón de Higgs podría no serlo. existir. Por ejemplo, en la física de la materia condensada (líquidos, sólidos) hay muchos ejemplos de ruptura espontánea de simetría y una variedad de mecanismos para esta ruptura. Y en la mayoría de los casos no hay nada parecido al bosón de Higgs en ellos.
El análogo en estado sólido más cercano a la ruptura espontánea de la simetría del modelo estándar en el vacío es la ruptura espontánea de la simetría interna de la electrodinámica en el espesor de un superconductor. Esto lleva al hecho de que en un superconductor un fotón tiene en cierto sentido masa (como los bosones W ± - y Z en el vacío). Esto se manifiesta en el efecto Meissner: la expulsión de un campo magnético de un superconductor. El fotón “no quiere” penetrar en el interior del superconductor, donde se vuelve masivo: allí le resulta “difícil”, energéticamente desfavorable que esté allí (recordemos: E = mс 2). El campo magnético, que convencionalmente puede considerarse un conjunto de fotones, tiene la misma propiedad: no penetra el superconductor. Este es el efecto Meissner.
La teoría efectiva de la superconductividad de Ginzburg-Landau es extremadamente similar a la teoría de Engler-Brout-Higgs (más precisamente, al contrario: la teoría de Ginzburg-Landau es 14 años mayor). También contiene un campo escalar, que se "extiende" uniformemente por todo el superconductor y conduce a una ruptura espontánea de la simetría. Sin embargo, no en vano la teoría de Ginzburg-Landau se considera eficaz: capta, en sentido figurado, el lado externo del fenómeno, pero es completamente inadecuada para comprender las razones microscópicas fundamentales del surgimiento de la superconductividad. De hecho, en un superconductor no existe un campo escalar; contiene electrones y una red cristalina, y la superconductividad se debe a las propiedades especiales del estado fundamental del sistema electrónico, que surgen de la interacción entre ellos (ver “Ciencia y vida”) ” No. 2, 2004, artículo “ ". - Ed.).
¿Podría ocurrir también una imagen similar en el microcosmos? ¿Resultará que no existe un campo escalar fundamental "difundido" en el vacío y que la ruptura espontánea de la simetría se debe a razones completamente diferentes? Si razonamos puramente teóricamente y no prestamos atención a los hechos experimentales, entonces la respuesta a esta pregunta es afirmativa. Un buen ejemplo es el llamado modelo technicolor, propuesto en 1979 por el ya mencionado Steven Weinberg y, de forma independiente, Leonard Susskind.
No contiene campos escalares fundamentales ni el bosón de Higgs, sino que hay muchas partículas elementales nuevas que se parecen a los quarks en sus propiedades. La interacción entre ellos conduce a una ruptura espontánea de la simetría y a la generación de masas de bosones W ± - y Z. Con las masas de los fermiones conocidos, por ejemplo el electrón, la situación es peor, pero este problema también puede solucionarse complicando la teoría.
Un lector atento puede hacer la pregunta: “¿Qué pasa con los argumentos del capítulo anterior, que dicen que es el campo escalar el que debería romper la simetría?” La laguna aquí es que este campo escalar puede ser compuesto, en el sentido de que las partículas cuánticas correspondientes no son elementales, sino que consisten en otras partículas "verdaderamente" elementales.
Recordemos a este respecto la relación de incertidumbre mecánico-cuántica de Heisenberg Δх ×Δр ≥ ћ, donde Δх y Δр son las incertidumbres de la coordenada y el momento, respectivamente. Una de sus manifestaciones es que la estructura de objetos compuestos con un tamaño interno característico Δх aparece sólo en procesos que involucran partículas con momentos suficientemente altos р ≥ћ/Δх y, por lo tanto, con energías suficientemente altas. Conviene recordar aquí a Rutherford, quien en ese momento bombardeó átomos con electrones de alta energía y descubrió así que los átomos están formados por núcleos y electrones. Al observar los átomos a través de un microscopio, incluso con la óptica más avanzada (es decir, utilizando luz, fotones de baja energía), es imposible descubrir que los átomos son partículas puntuales compuestas, y no elementales: no hay suficiente resolución.
Entonces, a bajas energías, una partícula compuesta parece una partícula elemental. Para describir eficazmente tales partículas a bajas energías, se pueden considerar cuantos de algún campo. Si el espín de una partícula compuesta es cero, entonces este campo es escalar.
Una situación similar se produce, por ejemplo, en la física de los mesones π, partículas con espín 0. Hasta mediados de la década de 1960, no se sabía que estaban formados por quarks y antiquarks (composición de quarks π + -, π - - y π 0 -mesones: estos son ud̃, dũ y una combinación de uũ y dd̃ respectivamente).
Luego los mesones π fueron descritos mediante campos escalares elementales. Ahora sabemos que estas partículas son compuestas, pero la “vieja” teoría de campo de los mesones π sigue siendo válida porque se consideran procesos a bajas energías. Sólo a energías del orden de 1 GeV y superiores comienza a aparecer su estructura de quarks y la teoría deja de funcionar. La escala de energía de 1 GeV no apareció aquí por casualidad: esta es la escala de interacciones fuertes que unen los quarks en mesones π, protones, neutrones, etc., esta es la escala de masas de partículas que interactúan fuertemente, por ejemplo la protón. Tenga en cuenta que los mesones π se destacan: por una razón de la que no hablaremos aquí, tienen masas mucho más pequeñas: m π± = 140 MeV, m π0 = 135 MeV.
Por tanto, los campos escalares responsables de la ruptura espontánea de la simetría pueden, en principio, ser compuestos. Ésta es precisamente la situación que sugiere el modelo technicolor. En este caso, tres cuantos sin espín, que son devorados por los bosones W ± - y Z y se convierten en sus estados de espín faltantes, tienen una estrecha analogía con los mesones π + -, π - - y π 0. Sólo que la escala de energía correspondiente ya no es 1 GeV, sino varios TeV. En tal imagen, se espera la existencia de muchas partículas constituyentes nuevas: análogos del protón, neutrón, etc. — con masas del orden de varios TeV. Por el contrario, el bosón de Higgs, relativamente ligero, está ausente en él. Otra característica del modelo es que los bosones W ± y Z que contiene son partículas en parte compuestas, ya que, como dijimos, algunos de sus componentes son similares a los mesones π. Esto debería manifestarse en las interacciones de los bosones W ± y Z.
Fue esta última circunstancia la que llevó al rechazo del modelo technicolor (al menos en su formulación original) mucho antes del descubrimiento del nuevo bosón: las mediciones precisas de las propiedades de los bosones W ± y Z en LEP y SLC no concuerdan con las predicciones del modelo.
Esta hermosa teoría fue aplastada por obstinados hechos experimentales, y el descubrimiento del bosón de Higgs le puso fin. Sin embargo, para mí, como para otros teóricos, la idea de campos escalares compuestos es más atractiva que la teoría de Engler-Brout-Higgs con campos escalares elementales. Por supuesto, después del descubrimiento de un nuevo bosón en el CERN, la idea de composición se encontró en una posición aún más difícil que antes: si esta partícula es compuesta, debería imitar con bastante éxito el bosón de Higgs elemental. Y, sin embargo, esperemos y veamos qué experimentos en el LHC mostrarán, en primer lugar, mediciones más precisas de las propiedades del nuevo bosón.
El descubrimiento se ha hecho. ¿Que sigue?
Volvamos, como hipótesis de trabajo, a la versión mínima de la teoría: el modelo estándar con un bosón de Higgs elemental. Dado que en esta teoría es el campo de Engler-Brout-Higgs (más precisamente, los campos) el que da las masas a todas las partículas elementales, la interacción de cada una de estas partículas con el bosón de Higgs está estrictamente fijada. Cuanto mayor es la masa de la partícula, más fuerte es la interacción; Cuanto más fuerte sea la interacción, más probable será que el bosón de Higgs se descomponga en un par de partículas de un tipo determinado. La ley de conservación de la energía prohíbe la desintegración del bosón de Higgs en pares de partículas reales tt̃ , ZZ y W+W-. Requiere que la suma de las masas de los productos de desintegración sea menor que la masa de la partícula en descomposición (nuevamente, recuerde E = mc 2), y para nosotros, recuerde, m n ≈ 125 GeV, m t = 173 GeV, m z = 91 GeV ymw = 80 GeV. La siguiente masa más grande es el quark b con m b = 4 GeV, y es por eso que, como dijimos, el bosón de Higgs se desintegra más fácilmente en un par bb̃. También es interesante la desintegración del bosón de Higgs en un par de leptones τ bastante pesados H → τ + τ - (m τ = 1,8 GeV), que ocurre con una probabilidad del 6%. La caída H → μ + μ - (m µ = 106 MeV) debería ocurrir con una probabilidad aún menor, pero aún no desaparecida, del 0,02%. Además de las desintegraciones analizadas anteriormente, H → γγ; H → 4ℓ y H → 2ℓ2ν, notamos la decadencia H → Zγ, cuya probabilidad debería ser del 0,15%. Todas estas probabilidades serán mensurables en el LHC, y cualquier desviación de estas predicciones significará que nuestra hipótesis de trabajo, el Modelo Estándar, es incorrecta. Por el contrario, el acuerdo con las predicciones del modelo estándar nos convencerá cada vez más de su validez.
Lo mismo puede decirse de la creación del bosón de Higgs en colisiones de protones. El bosón de Higgs puede producirse solo a partir de la interacción de dos gluones, junto con un par de quarks ligeros de alta energía, junto con un solo bosón W o Z o, finalmente, junto con un par tt̃. Las partículas producidas junto con el bosón de Higgs se pueden detectar e identificar, por lo que en el LHC se pueden estudiar por separado diferentes mecanismos de producción. Por tanto, es posible extraer información sobre la interacción del bosón de Higgs con los bosones W ± -, Z y el quark t.
Finalmente, una propiedad importante del bosón de Higgs es su interacción consigo mismo. Debería manifestarse en el proceso Н* → НН, donde Н* es una partícula virtual. Las propiedades de esta interacción también las predice claramente el modelo estándar. Sin embargo, su estudio es una cuestión de un futuro lejano.
Así, el LHC tiene un amplio programa para estudiar las interacciones del nuevo bosón. Como resultado de su implementación, quedará más o menos claro si el Modelo Estándar describe la naturaleza o si estamos ante alguna otra teoría más compleja (y posiblemente más simple). Un mayor progreso está asociado con un aumento significativo en la precisión de las mediciones; será necesaria la construcción de un nuevo acelerador electrón-positrón, un colisionador e + e, con una energía récord para este tipo de máquina. Es muy posible que nos aguarden muchas sorpresas en este camino.
En lugar de una conclusión: en busca de una “nueva física”
Desde un punto de vista “técnico”, el Modelo Estándar es internamente consistente. Es decir, dentro de su marco es posible, al menos en principio, y como regla general, en la práctica, calcular cualquier cantidad física (por supuesto, relacionada con los fenómenos que se pretende describir), y el resultado no contendrá incertidumbres. Sin embargo, muchos teóricos, aunque no todos, consideran que la situación en el modelo estándar, por decirlo suavemente, no es del todo satisfactoria. Y esto se debe principalmente a su escala energética.
Como se desprende de lo anterior, la escala de energía del Modelo Estándar es del orden de M cm = 100 GeV (no estamos hablando aquí de interacciones fuertes con una escala de 1 GeV, con ella todo es más sencillo). Esta es la escala de masa de los bosones W ± y Z y del bosón de Higgs. ¿Es mucho o poco? Desde un punto de vista experimental, más o menos, pero desde un punto de vista teórico...
En física hay otra escala de energía. Está asociado con la gravedad y es igual a la masa de Planck M pl = 10 19 GeV. A bajas energías, las interacciones gravitacionales entre partículas son insignificantes, pero aumentan al aumentar la energía, y a energías del orden de M pl, la gravedad se vuelve fuerte. Las energías superiores a M pl son la región de la gravedad cuántica, sea lo que sea. Para nosotros es importante que la gravedad sea quizás la interacción más fundamental y que la escala gravitacional M pl sea la escala de energía más fundamental. ¿Por qué entonces la escala del modelo estándar Mcm = 100 GeV está tan lejos de Mpl = 1019 GeV?
El problema identificado tiene otro aspecto más sutil. Está asociado con las propiedades del vacío físico. En la teoría cuántica, el vacío, el estado básico de la naturaleza, está estructurado de una manera nada trivial. En él se crean y destruyen constantemente partículas virtuales; en otras palabras, las fluctuaciones de campo se forman y desaparecen. No podemos observar directamente estos procesos, pero influyen en las propiedades observables de partículas elementales, átomos, etc. Por ejemplo, la interacción de un electrón en un átomo con electrones y fotones virtuales conduce a un fenómeno observado en los espectros atómicos: el desplazamiento de Lamb. Otro ejemplo: la corrección del momento magnético de un electrón o muón (momento magnético anómalo) también se debe a la interacción con partículas virtuales. Estos y otros efectos similares han sido calculados y medidos (¡en estos casos con una precisión fantástica!), para que podamos estar seguros de que tenemos la imagen correcta del vacío físico.
En esta imagen, todos los parámetros originalmente incluidos en la teoría reciben correcciones, llamadas radiativas, debido a la interacción con partículas virtuales. En electrodinámica cuántica son pequeños, pero en el sector de Engler-Brout-Higgs son enormes. Ésta es la peculiaridad de los campos escalares elementales que componen este sector; otros campos no tienen esta propiedad. El efecto principal aquí es que las correcciones radiativas tienden a "tirar" de la escala de energía del modelo estándar M cm hacia la escala gravitacional M pl. Si nos mantenemos dentro del modelo estándar, entonces la única salida es seleccionar los parámetros iniciales de la teoría de modo que, junto con las correcciones de radiación, conduzcan al valor correcto de M cm, pero resulta que la precisión del ¡El ajuste debe ser cercano a M cm 2 /M pl 2 = 10 -34! Éste es el segundo aspecto del problema de la escala de energía del Modelo Estándar: parece inverosímil que tal ajuste ocurra en la naturaleza.
Muchos teóricos (aunque, repetimos, no todos) creen que este problema indica claramente la necesidad de ir más allá del Modelo Estándar. De hecho, si el modelo estándar deja de funcionar o se expande significativamente en la escala de energía de la "nueva física - NF" M nf, entonces la precisión requerida para ajustar los parámetros será, en términos generales, M 2 cm / M 2 nf, pero de hecho es aproximadamente dos órdenes de magnitud menos. Si asumimos que no existe un ajuste fino de los parámetros en la naturaleza, entonces la escala de la "nueva física" debería estar en la región de 1-2 TeV, es decir, ¡exactamente en la región accesible para la investigación en el Gran Colisionador de Hadrones!
¿Cómo podría ser una “nueva física”? No hay unidad entre los teóricos sobre este asunto. Una posibilidad es la naturaleza compuesta de los campos escalares que proporcionan la ruptura espontánea de la simetría ya comentada. Otra posibilidad, también popular (¿hasta ahora?) es la supersimetría, de la que sólo diremos que predice todo un zoológico de nuevas partículas con masas en el rango de cientos de GeV o varios TeV. También se están discutiendo opciones muy exóticas, como dimensiones adicionales del espacio (por ejemplo, la llamada teoría M; ver “Ciencia y vida” números 2, 3, 1997, artículo “Supercuerdas: en el camino hacia la teoría de todo.” - Ed. .).
A pesar de todos los esfuerzos, todavía no se han recibido indicios experimentales de una “nueva física”. Esto, de hecho, ya empieza a inspirar preocupación: ¿entendemos todo correctamente? Es muy posible, sin embargo, que todavía no hayamos alcanzado la “nueva física” en términos de energía y la cantidad de datos recopilados, y que se asociarán nuevos descubrimientos revolucionarios. Las principales esperanzas aquí están nuevamente puestas en el Gran Colisionador de Hadrones, que dentro de un año y medio comenzará a funcionar a plena energía de 13-14 TeV y recopilará datos rápidamente. ¡Sigue las novedades!
Máquinas de medición y descubrimiento precisas.
La física de partículas, que estudia los objetos más pequeños de la naturaleza, requiere instalaciones de investigación gigantescas donde estas partículas se aceleran, chocan y se desintegran. Los más poderosos son los colisionadores.
Colisionador es un acelerador con haces de partículas en colisión, en el que chocan frontalmente partículas, por ejemplo, electrones y positrones en colisionadores e + e -. Hasta ahora también se han creado colisionadores protón-antiprotón, protón-protón, electrón-protón y núcleo-núcleo (o iones pesados). Todavía se están discutiendo otras posibilidades, por ejemplo, el colisionador μ + μ - -. Los principales colisionadores de la física de partículas son protón-antiprotón, protón-protón y electrón-positrón.
Gran Colisionador de Hadrones (LHC)- protón-protón, acelera dos haces de protones uno hacia el otro (también puede funcionar como colisionador de iones pesados). La energía de diseño de los protones en cada haz es de 7 TeV, por lo que la energía total de colisión es de 14 TeV. En 2011, el colisionador funcionó con la mitad de esta energía, y en 2012, con la energía máxima de 8 TeV. El Gran Colisionador de Hadrones es un anillo de 27 km de largo en el que los protones son acelerados por campos eléctricos y contenidos por campos creados por imanes superconductores. Las colisiones de protones ocurren en cuatro lugares donde se encuentran detectores para registrar las partículas producidas en las colisiones. ATLAS y CMS están diseñados para la investigación de física de partículas de alta energía; LHC-b es para estudiar partículas que contienen quarks b, y ALICE es para estudiar materia quark-gluón densa y caliente.
Spp̃S- colisionador protón-antiprotón en el CERN. La longitud del anillo es de 6,9 km y la energía máxima de colisión es de 630 GeV. Trabajó de 1981 a 1990.
LEP- un colisionador anular de electrones y positrones con una energía máxima de colisión de 209 GeV, ubicado en el mismo túnel que el LHC. Trabajó de 1989 a 2000.
SLC— colisionador lineal electrón-positrón en SLAC, EE. UU. Energía de colisión 91 GeV (masa del bosón Z). Trabajó de 1989 a 1998.
Tevatron es un colisionador de anillo protón-antiprotón en Fermilab, EE. UU. La longitud del anillo es de 6 km y la energía máxima de colisión es de 2 TeV. Trabajó de 1987 a 2011.
Al comparar colisionadores protón-protón y protón-antiprotón con colisionadores electrón-positrón, es necesario tener en cuenta que el protón es una partícula compuesta; contiene quarks y gluones. Cada uno de estos quarks y gluones transporta sólo una fracción de la energía de un protón. Por lo tanto, en el Gran Colisionador de Hadrones, por ejemplo, la energía de una colisión elemental (entre dos quarks, entre dos gluones o un quark con un gluón) es notablemente menor que la energía total de los protones en colisión (14 TeV según los parámetros de diseño). . Debido a esto, el rango de energía disponible para estudiar en él alcanza “sólo” 2-4 TeV, dependiendo del proceso que se estudie. Los colisionadores electrón-positrón no tienen esa característica: el electrón es una partícula elemental y sin estructura.
La ventaja de los colisionadores protón-protón (y protón-antiprotón) es que, incluso teniendo en cuenta esta característica, es técnicamente más fácil lograr altas energías de colisión con ellos que con los colisionadores electrón-positrón. También hay un inconveniente. Debido a la estructura compuesta del protón, y debido a que los quarks y gluones interactúan entre sí mucho más fuertemente que los electrones y positrones, en las colisiones de protones ocurren muchos más eventos que no son interesantes desde el punto de vista de la búsqueda del bosón de Higgs o otras partículas y fenómenos nuevos. Los acontecimientos interesantes parecen más "sucios" en las colisiones de protones; en ellas nacen muchas partículas "extrañas" y poco interesantes. Todo esto crea "ruido", del cual es más difícil aislar una señal útil que en los colisionadores electrón-positrón. En consecuencia, la precisión de la medición es menor. Por todo esto, los colisionadores protón-protón (y protón-antiprotón) se denominan máquinas de descubrimiento, y los colisionadores electrón-positrón se denominan máquinas de medición de precisión.
Desviación Estándar(desviación estándar) σ x - característica de las desviaciones aleatorias del valor medido del valor promedio. La probabilidad de que el valor medido de X difiera aleatoriamente en 5σ x del valor real es sólo del 0,00006%. Por este motivo, en física de partículas se considera suficiente una desviación de la señal con respecto al fondo de 5σ para reconocer la señal como verdadera.
Partículas, enumerados en el Modelo Estándar, a excepción del protón, el electrón, el neutrino y sus antipartículas, son inestables: se desintegran en otras partículas. Sin embargo, dos de los tres tipos de neutrinos también deberían ser inestables, pero su vida útil es extremadamente larga. En la física del micromundo hay un principio: todo lo que puede suceder, realmente sucede. Por tanto, la estabilidad de una partícula está asociada a algún tipo de ley de conservación. La ley de conservación de la carga prohíbe la desintegración del electrón y del positrón. El neutrino más ligero (giro 1/2) no decae debido a la conservación del momento angular. La desintegración de un protón está prohibida por la ley de conservación de otra "carga", que se llama número bariónico (el número bariónico de un protón, por definición, es 1, y el de las partículas más ligeras es cero).
Otra simetría interna está asociada con el número bariónico. Si es exacto o aproximado, si el protón es estable o tiene una vida útil finita, aunque muy larga, es un tema para una discusión aparte.
quarks- uno de los tipos de partículas elementales. En estado libre, no se observan, pero siempre están conectados entre sí y forman partículas compuestas: hadrones. La única excepción es el quark t; se desintegra antes de tener tiempo de combinarse con otros quarks o antiquarks para formar un hadrón. Los hadrones incluyen protones, neutrones, mesones π, mesones K, etc.
El quark b es uno de los seis tipos de quarks, el segundo en masa después del quark t.
Un muón es un análogo pesado e inestable de un electrón con una masa m μ = 106 MeV. La vida útil del muón T μ = 2·10 -6 segundos es suficiente para que pueda atravesar todo el detector sin desintegrarse.
partícula virtual Se diferencia de la real en que para una partícula real se cumple la relación relativista habitual entre energía y momento E 2 = p 2 s 2 + m 2 s 4, pero para una virtual no se cumple. Esto es posible debido a la relación mecánicocuántica ΔE·Δt ~ ħ entre la incertidumbre energética ΔE y la duración del proceso Δt. Por lo tanto, una partícula virtual se desintegra o aniquila casi instantáneamente con otra (su vida útil Δt es muy corta), mientras que una real vive notablemente más tiempo o es generalmente estable.
Cambio de nivel de cordero- una ligera desviación de la estructura fina de los niveles de un átomo de hidrógeno y de átomos similares al hidrógeno bajo la influencia de la emisión y absorción de fotones virtuales o de la creación y aniquilación virtual de pares electrón-positrón. El efecto fue descubierto en 1947 por los físicos estadounidenses W. Lamb y R. Rutherford.
En física hasta el día de hoy existen muchos conceptos y fenómenos que son incomprensibles para la percepción humana común. Uno de estos conceptos originales puede llamarse con razón bosón de Higgs. Vale la pena considerar con más detalle lo que sabemos al respecto y en qué medida este fenómeno puede revelarse a la gente corriente.
El bosón de Higgs es una partícula elemental que tiende a surgir durante el mecanismo de Higgs de ruptura espontánea de la simetría electrodébil en el modelo estándar de física de partículas.
Larga búsqueda de una partícula elemental.
La partícula fue postulada por el físico británico Peter Higgs en artículos fundamentales publicados en 1964. Y sólo unas décadas más tarde, el concepto teóricamente predicho fue confirmado por resultados de búsqueda específicos. En 2012 se descubrió una nueva partícula que se convirtió en la candidata más obvia para este papel. Y ya en marzo de 2013, la información fue confirmada por investigadores individuales. CERN, y la partícula encontrada fue reconocida como el bosón de Higgs.
Para este tipo de investigación hubo una investigación seria, en la que se han realizado pruebas y desarrollo durante muchos años. Pero ni siquiera los resultados revelados tienen prisa por hacerse públicos, prefiriendo comprobarlo todo y probarlo todo más a fondo.
El bosón de Higgs es la última partícula del modelo estándar encontrada. Al mismo tiempo, en los medios de comunicación el término físico oficial se llama "partícula maldita", según la versión propuesta por Leon Lederman. Aunque en el título de su libro el premio Nobel utilizó la expresión “partícula de Dios”, que posteriormente no tuvo éxito.
El bosón de Higgs en un lenguaje accesible
Muchos científicos han intentado explicar qué es el bosón de Higgs de una manera más accesible para la persona promedio. En 1993, el Ministro de Ciencia británico incluso anunció un concurso para encontrar la explicación más sencilla de este concepto físico. Al mismo tiempo, se consideró más accesible la opción comparativa con un partido. La opción se ve así:
- en cierto momento un personaje famoso ingresa al gran salón en el que comienza la fiesta;
- un personaje famoso es seguido por invitados que quieren comunicarse con él, mientras que este se mueve a menor velocidad que los demás;
- luego, en la masa general, comienzan a reunirse grupos separados (grupos de personas), discutiendo alguna noticia o chisme;
- la gente transmite las noticias de un grupo a otro, como resultado de lo cual se forman pequeñas compactaciones entre la gente;
- Como resultado, parece que grupos de personas están discutiendo chismes, rodeando de cerca a una persona famosa, pero sin su participación.
En términos comparativos, resulta que el número total de personas en la habitación es el campo de Higgs, los grupos de personas son una perturbación del campo y el personaje famoso es una partícula que se mueve en este campo.
La innegable importancia del bosón de Higgs
La importancia de la partícula elemental, cualquiera que sea su nombre, sigue siendo innegable. En primer lugar, durante los cálculos realizados en física teórica, es necesario estudiar la estructura del Universo.
Los físicos teóricos han sugerido que los bosones de Higgs llenan todo el espacio que nos rodea. Y al interactuar con otros tipos de partículas, los bosones les imparten su masa. Resulta que si es posible calcular la masa de partículas elementales, entonces el cálculo del bosón de Higgs en sí puede considerarse un asunto hecho.
Existe un modelo estándar que describe la estructura del mundo. Uno de los componentes es el bosón de Higgs. En lenguaje sencillo - es una partícula elemental que da masa a otras partículas. Pero ¿por qué es necesario? ¿Y por qué el evento de 2012 causó tanta resonancia y ruido en los círculos científicos?
Modelo estandar
La descripción moderna del mundo entre los físicos se llama teoría del modelo estándar. Muestra cómo las partículas elementales interactúan entre sí. Hay cuatro interacciones fundamentales en la ciencia:
- Gravitacional.
- Fuerte.
- Débil.
- Electromagnético.
El Modelo Estándar incluye sólo tres; el gravitacional tiene una naturaleza diferente. Según la teoría, la materia tiene dos componentes:
- Fermiones - 12 piezas;
- Bosones - 5 piezas.
El bosón de Higgs se discutió por primera vez en 1964, pero hasta 2012 siguió siendo solo una teoría. Los científicos se inclinaban a creer que este elemento es responsable de la masa de otras partículas. Y así se demostró experimentalmente que el bosón de Higgs es un cuanto del campo de Higgs, de hecho proporciona masa a todo lo demás.
Partícula del bosón de Higgs encontrada en un colisionador
Las búsquedas se llevaron a cabo utilizando el colisionador Tevatron (EE.UU.). A finales de 2011 se descubrieron rastros de un elemento del bosón de Higgs durante la desintegración en quarks b. En el trabajo con la ayuda del Gran Colisionador de Hadrones, esto se pudo comprobar sólo un año después, en 2012. Un período de tiempo tan largo se debe a que en este último también se encuentran muchos otros elementos.
Luego, para verificar los resultados, comenzaron a buscar el bosón en otros dispositivos.
Como resultado, la teoría de medio siglo de antigüedad fue confirmada experimentalmente y El bosón recibió su nombre. en honor a su predictor y uno de los creadores del modelo estándar: Peter Higgs . Actualmente, los físicos confían en haber podido demostrar y completar el eslabón que falta en la descripción de la estructura del mundo.
¿Quién es Peter Higgs?
El mundialmente famoso científico británico Peter Higgs nació el 29 de mayo de 1929. Su padre era ingeniero de la BBC.
Datos básicos y períodos de la vida:
- Desde la escuela, Peter se interesó por las matemáticas y la física, dando conferencias y trabajos de científicos populares.
- Después de la escuela, ingresó en el King's College de Londres y se graduó con éxito, defendiendo su tesis en física.
- A partir de 1960, el científico comenzó a estudiar activamente la idea de Eichiru Nambo sobre la ruptura de la simetría en los superconductores. Pronto Peter pudo fundamentar la teoría de que las partículas tienen masa. En este trabajo propuso una teoría sobre la existencia de una partícula elemental que tiene rotación cero y que, en contacto con otras, es esta partícula la que les da masa.
- También descubrió el mecanismo que explica la violación de la simetría. Cabe destacar que se le ocurrió mientras caminaba por las montañas en el área de Edimburgo. Este mecanismo es un componente importante del modelo estándar.
- En 2013, cuando aún estaba vivo, se encontró una confirmación experimental de su teoría y se descubrió un elemento con espín cero, que recibió el nombre de bosón de Higgs. El propio científico, en una entrevista, dijo que no esperaba poder captar este momento durante su vida.
- Ganador de numerosos premios, los más famosos: Medalla Dirac, Premio Wolf de Física, Premio Nobel.
¿Qué tipo de partícula es esta y cómo fue la búsqueda?
Este bosón se ha buscado durante casi medio siglo. Esto se debe al hecho de que el experimento es simple en teoría, pero complejo en la realidad. Los experimentos se llevaron a cabo utilizando varios dispositivos:
- colisionador electrón-positrón;
- tevatrón;
- Gran Colisionador de Hadrones (LHC).
Pero la potencia y las capacidades del colisionador no fueron suficientes. Los experimentos se llevaron a cabo con regularidad, pero no arrojaron resultados precisos. Además, el elemento Higgs en sí es pesado y solo deja rastros de descomposición.
Para el experimento se necesitaron dos protones que se mueven a una velocidad cercana a la de la luz. Entonces hay una colisión directa. Como resultado, se descomponen en componentes y éstos, a su vez, en elementos secundarios. Aquí es donde debería aparecer el bosón de Higgs.
La principal característica y obstáculo que nos impidió demostrar en la práctica la existencia del campo de Higgs es que la partícula aparece durante un período de tiempo extremadamente corto y desaparece. Pero deja huellas, gracias a las cuales los científicos pudieron confirmar su realidad.
Complejidad experimental y descubrimiento.
La dificultad del experimento no fue sólo capturar a tiempo el bosón de Higgs, sino también poder reconocerlo. Y esto no es fácil, porque se divide en diferentes partes:
- Quark-antiquark.
- bosones W.
- Leptones.
- Partículas Tau.
- Fermiones.
- Fotones.
Entre estos componentes, es extremadamente difícil e incluso imposible identificar rastros del campo de Higgs. El colisionador detecta con alta probabilidad la transición de una partícula a cuatro leptones. Pero incluso en este caso la probabilidad es sólo del 0,013%.
Como resultado, los científicos pudieron reconocer rastros del bosón deseado y, con la ayuda de numerosos experimentos, demostrar su existencia. Como predijo Peter H, se trata de un elemento de espín cero con una región de masa-energía de aproximadamente 125 GeV. Se descompone en pares de otros componentes (fotones, fermiones, etc.) y da masa a todas las demás partículas.
El descubrimiento, por supuesto, provocó un aluvión de sensaciones, pero también decepciones al mismo tiempo. Después de todo, resulta que los científicos no pudieron ir más allá de los límites del Modelo Estándar, no apareció una nueva ronda para el estudio y la dirección de la ciencia. Y la teoría existente no tiene en cuenta algunos puntos importantes: la gravedad, la materia negra y otros procesos de la realidad.
Actualmente, los expertos trabajan en la teoría de la aparición de estos fenómenos y su papel en el Universo.
Después del descubrimiento del bosón de Higgs, los científicos reanudaron nuevamente el trabajo sobre cómo la antimateria evoluciona hacia energía oscura. Y este elemento es un componente clave de este proceso. Los físicos esperan que este descubrimiento sirva de puente y se encuentren nuevas respuestas a interesantes preguntas sobre cómo funciona el Universo.
El bosón de Higgs, en términos simples, es la partícula que da masa a todo lo demás. Gracias a la confirmación experimental en 2012, los científicos estuvieron más cerca de resolver la creación del universo.
Video: simplemente sobre el complejo: ¿qué es el bosón de Higgs?
En este vídeo, el físico Arnold Daver te contará cómo y por qué se descubrió esta partícula y por qué fue necesario construir un colisionador de hadrones:
