Todos conocemos y amamos el bosón de Higgs, que para disgusto de los físicos fue etiquetado erróneamente en los medios de comunicación como la "partícula de Dios", una partícula subatómica descubierta por primera vez en el Gran Colisionador de Hadrones (LHC) en 2012. Esa partícula es una pieza de un campo que impregna todo el espacio-tiempo; interactúa con muchas partículas, como electrones y quarks, proporcionando a esas partículas masa, lo cual es bastante bueno.
Pero el Higgs que vimos fue sorprendentemente liviano. Según nuestras mejores estimaciones, debería haber sido mucho más pesado. Esto abre una pregunta interesante: Claro, vimos un bosón de Higgs, pero ¿era ese el único bosón de Higgs? ¿Hay más flotando por ahí haciendo sus propias cosas?
Aunque todavía no tenemos evidencia de un Higgs más pesado, un equipo de investigadores con sede en el LHC, el mayor destructor de átomos del mundo, está investigando esa cuestión mientras hablamos. Y se dice que a medida que los protones se unen dentro del colisionador en forma de anillo, las fuertes partículas de Higgs e incluso Higgs formadas por varios tipos de Higgs podrían salir de su escondite.
Si el pesado Higgs existe, entonces necesitamos reconfigurar nuestra comprensión del Modelo Estándar de física de partículas con la nueva comprensión de que hay mucho más en el Higgs de lo que parece. Y dentro de esas complejas interacciones, puede haber una pista para todo, desde la masa de la partícula de neutrinos fantasmal hasta el destino final del universo.
Todo sobre el bosón
Sin el bosón de Higgs, casi todo el Modelo Estándar se viene abajo. Pero para hablar sobre el bosón de Higgs, primero debemos entender cómo el Modelo Estándar ve el universo.
En nuestra mejor concepción del mundo subatómico usando el Modelo Estándar, lo que consideramos partículas no es realmente muy importante. En cambio, hay campos. Estos campos impregnan y absorben todo el espacio y el tiempo. Hay un campo para cada tipo de partícula. Entonces, hay un campo para electrones, un campo para fotones, y así sucesivamente. Lo que piensas como partículas son realmente pequeñas vibraciones locales en sus campos particulares. Y cuando las partículas interactúan (por ejemplo, rebotando entre sí), son realmente las vibraciones en los campos las que hacen un baile muy complicado.
El bosón de Higgs tiene un tipo especial de campo. Al igual que los otros campos, impregna todo el espacio y el tiempo, y también puede hablar y jugar con los campos de todos los demás.
Pero el campo de Higgs tiene dos trabajos muy importantes que no se pueden lograr con ningún otro campo.
Su primer trabajo es hablar con los bosones W y Z (a través de sus respectivos campos), los portadores de la débil fuerza nuclear. Al hablar con estos otros bosones, el Higgs puede darles masa y asegurarse de que se mantengan separados de los fotones, los portadores de la fuerza electromagnética. Sin la interferencia del bosón de Higgs, todas estas compañías se fusionarían y esas dos fuerzas se fusionarían.
El otro trabajo del bosón de Higgs es hablar con otras partículas, como los electrones; a través de estas conversaciones, también les da masa. Todo esto funciona muy bien, porque no tenemos otra forma de explicar las masas de estas partículas.
Ligero y pesado
Todo esto se resolvió en la década de 1960 a través de una serie de matemáticas complicadas pero seguramente elegantes, pero solo hay un pequeño problema en la teoría: no hay una forma real de predecir la masa exacta del bosón de Higgs. En otras palabras, cuando buscas la partícula (que es la pequeña vibración local del campo mucho más grande) en un colisionador de partículas, no sabes exactamente qué y dónde la vas a encontrar.
En 2012, los científicos del LHC anunciaron el descubrimiento del bosón de Higgs después de descubrir que algunas de las partículas que representan el campo de Higgs se habían producido cuando los protones se estrellaron entre sí a una velocidad cercana a la de la luz. Estas partículas tenían una masa de 125 gigaelectronvoltios (GeV), o aproximadamente el equivalente de 125 protones, por lo que es algo pesado pero no increíblemente enorme.
A primera vista, todo eso suena bien. Los físicos realmente no tenían una predicción firme para la masa del bosón de Higgs, por lo que podría ser lo que quisiera ser; encontramos la masa dentro del rango de energía del LHC. Romper el burbujeante, y comencemos a celebrar.
Excepto que hay algunas medias predicciones vacilantes, sobre la masa del bosón de Higgs, basadas en la forma en que interactúa con otra partícula, el quark top. Esos cálculos predicen un número mucho mayor que 125 GeV. Podría ser que esas predicciones son incorrectas, pero luego tenemos que volver a las matemáticas y descubrir dónde están las cosas mal. O el desajuste entre las predicciones amplias y la realidad de lo que se encontró dentro del LHC podría significar que hay más en la historia del bosón de Higgs.
Enorme Higgs
Muy bien podría haber una gran cantidad de bosones de Higgs que son demasiado pesados para que podamos verlos con nuestra generación actual de colisionadores de partículas. (La cuestión de la energía de masa se remonta a la famosa ecuación E = mc ^ 2 de Einstein, que muestra que la energía es masa y la masa es energía. Cuanto mayor es la masa de una partícula, más energía tiene y más energía se necesita para crear esa fuerza cosa.)
De hecho, algunas teorías especulativas que llevan nuestro conocimiento de la física más allá del Modelo Estándar predicen la existencia de estos pesados bosones de Higgs. La naturaleza exacta de estos caracteres adicionales de Higgs depende de la teoría, por supuesto, que van desde simplemente uno o dos campos de Higgs extra pesados hasta incluso estructuras compuestas hechas de múltiples tipos diferentes de bosones de Higgs unidos.
Los teóricos están trabajando arduamente tratando de encontrar cualquier forma posible de probar estas teorías, ya que la mayoría de ellas son simplemente inaccesibles para los experimentos actuales. En un artículo reciente enviado al Journal of High Energy Physics, y publicado en línea en el periódico preprint arXiv, un equipo de físicos ha presentado una propuesta para buscar la existencia de más bosones de Higgs, en función de la forma peculiar en que las partículas podrían descomponerse Partículas más ligeras y más fáciles de reconocer, como electrones, neutrinos y fotones. Sin embargo, estas desintegraciones son extremadamente raras, por lo que si bien en principio podemos encontrarlas con el LHC, tomará muchos años más de búsqueda para recopilar suficientes datos.
Cuando se trata del pesado Higgs, solo tendremos que ser pacientes.
