}

Bosó Higgs, ets aquí?

2008/04/01 Roa Zubia, Guillermo - Elhuyar Zientzia Iturria: Elhuyar aldizkaria

La detecció del bosó Higgs és el primer objectiu del nou accelerador LHC. Alguns donen per descomptat que aquesta partícula es detectarà en breu, però la veritat és que ningú sap si existeix o no. Si existeix, tindran una sòlida teoria que la massa existeix. Si no existeix, qui sap.
Bosó Higgs, ets aquí?
01/04/2008 | Rosegui Zubia, Guillermo | Elhuyar Zientzia Komunikazioa

(Foto: CERN)
Dir que en aquest moment detectarem el bosó Higgs és predir el futur i això és perillós. Ningú sap el que donarà la física en el futur. Ni la física ni qualsevol altre àmbit humà. Per a molts físics, el cas del bosó Higgs és una predicció a curt termini; sembla que fer prediccions a curt termini no és tan difícil com fer-ho a llarg termini. No obstant això, és difícil.

Però el bosó Higgs va de la paraula a la boca entre els físics. L'accelerador LHC generarà (o podrà generar) l'energia necessària per a detectar el bosó, la qual cosa suposa una gran esperança. Es preveu que aparegui el bosó Higgs i l'origen de la massa quedi explicat.

Model estàndard

La qüestió és per què els físics creuen que existeix el bosó Higgs si mai l'han vist. És cert que mai ho han vist, però també és cert que no han de veure a una partícula per a adonar-se de la seva existència. És com el vent: el vent no es veu, però quan veiem les branques dels arbres en moviment sabem que hi ha vent. I les seves característiques (velocitat, direcció, etc.) es poden mesurar.

En el cas del bosó Higgs no hi ha res tan simple com les branques dels arbres. És una partícula anunciada per un error d'una gran teoria. Aquesta gran teoria és un model estàndard que ordena la física de les partícules. És similar a la taula periòdica d'elements de química, però és la de partícules subatòmiques. Ordena les partícules en tres famílies, dotant-les de sentit físic.

Simulació d'un experiment per a la detecció del bosó Higgs. En definitiva, és la simulació d'un xoc de protons.
CERN

No és una teoria perfecta, ja que només abasta tres de les quatre forces fonamentals que existeixen en l'univers: el model explica la força electromagnètica, nuclear violenta i nuclear feble, però la força de la gravetat no entra en aquesta teoria. No obstant això, el model estàndard és una teoria molt bona des del punt de vista de la física de partícules petites. A més de presentar partícules existents, permet predir les interaccions entre partícules. Concretament, es dissenyen els resultats dels experiments que es realitzen en els acceleradors sobre la base del model estàndard.

No obstant això, el model estàndard té un gran problema: no prediu la massa de partícules. I els físics saben que moltes partícules tenen massa, clar. Els electrons, els protons i els neutrons, per exemple, tenen massa; tots els quark també ho tenen, ja que formen protons i neutrons. Molts altres no, com el fotó. No obstant això, segons el model estàndard clàssic, totes les partícules són lliures de massa i es desplacen a la velocitat de la llum.

Teoria d'Higgs

Sense poder explicar la massa, els físics en situació crítica XX. A mitjan segle XX. La teoria era molt bona per a comprendre les partícules oposades, però no explicava la massa de les partícules. Era imprescindible tenir en compte aquest error i esmenar-lo.

Explicació còmica del mecanisme d'Higgs. Si en una habitació plena de físics (1) entra un físic de prestigi (2) atraurà als admiradors, la qual cosa alentirà el pas del famós físic (3). Així mateix, un rumor (4) reunirà els físics, però el rumor es mourà ràpidament per l'aula (5). Els físics que ocupen la sala són anàlegs als bosons Higgs en aquest exemple.
(Foto: CERN)
Però com? Els físics van desenvolupar noves teories per a solucionar el model. Cap a 1964 una d'aquestes teories es va imposar enfront d'unes altres: La teoria d'Higgs. Ho recordem amb el nom de l'escocès Peter Higgs, però cal destacar que molta gent va participar en el desenvolupament de la teoria, és a dir, no va ser una casualitat. Tres grups van treballar la mateixa idea en les seves respectives vies: d'una banda, l'estatunidenc Robert Brout i el belga Francois Englert; per un altre, els estatunidencs Gerald Guralnik i Carl Richard Hagen i l'anglès Tom Kibble; i finalment, el propi Higgs, basat en el treball del japonès Yoichiro Nambu.

Aquesta teoria suposa que totes les partícules estan incloses en una zona, la d'Higgs. Aquesta suposada zona té un caràcter especial, ja que algunes partícules es mouen dins de la zona sense cap mena d'obstacles i unes altres no, perquè tenen una interacció amb la zona.

Seria com que les persones passessin per un blat de moro. Les plantes de blat de moro estan plantades en línies, per la qual cosa si es mouen en diferents direccions, el caminante no té obstacles per a avançar. Però si canvia una mica l'angle del recorregut, és a dir, si es desplaça d'alguna manera, xocarà contínuament amb les plantes de blat de moro. La zona d'Higgs per a les partícules seria la mateixa que per als caminantes: unes partícules es mouen sense obstacles i unes altres xoquen amb la zona.

L'exemple pot servir per a comprendre el concepte de zona, però cal destacar que el camp d'Higgs no és alguna cosa que influeixi espacialment. Per contra, serveix per a explicar la interacció entre les partícules i l'àrea. Les partícules que no interaccionen es mouen a la velocitat de la llum i no tenen massa, i les que xoquen es mouen més lentament i tenen massa. Per exemple, el fotó es mou sense obstacles en la zona d'Higgs, es mou sense obstacles en la zona d'Higgs i l'electró no.

En cada col·lisió s'alliberen molts tipus de partícules. Cadascun d'ells té un recorregut i un abast específic, i és labor dels detectors detectar aquestes rutes per a poder analitzar les dades en els ordinadors.
CERN

Una zona, una partícula

Si la teoria d'Higgs és correcta, per què han de buscar una partícula i no un camp? La qüestió és que en física són el mateix. D'alguna manera, cada tipus de camp es transmet a través de diferents partícules. El fotó transmet el camp electromagnètic, que és l'exemple més clar. I la resta de forces es transmeten a través de les partícules. Els bosons Z i W transmeten una força nuclear feble i un conjunt de quarks transmeten una força nuclear violenta. Al seu torn, la zona d'Higgs és transmesa per una partícula. Segons la teoria, aquesta partícula és un bosó, per la qual cosa a detectar se'l denomina bosó Higgs.

Al final, si troben el bosó, descobriran el camp i el mecanisme teòric que dóna massa a les partícules quedarà confirmat.

La teoria també ha anunciat les característiques d'aquest bosó. Si existeix, necessita una partícula pesant. Això significa que l'impacte que han de provocar per a detectar aquesta partícula és molt energètic. Hi ha, per tant, dos acceleradors en el món per a poder realitzar un experiment d'aquest tipus: Tevatron i el prestigiós LHC que ara es posa en marxa.

Treballs d'instal·lació del detector ATLES en el túnel de l'accelerador LHC. Juntament amb el CMS utilitzaran el detector ATLES per a intentar atrapar al bosó Higgs.
CERN
El primer, Tevatron, pertany a l'organització Fermilab, un gegantesc centre de recerca de física de partícules als Estats Units. La segona, el LHC, pertany al laboratori CERN, organització europea amb el mateix objectiu. En part, la detecció del bosó Higgs s'ha convertit en un concurs entre Europa i els Estats Units. Això no és del tot cert, perquè molts científics de Fermilabe dels Estats Units estan participant en la preparació del nou LHC i realitzaran allí experiments. Però, d'altra banda, trobar el bosó Higgs a casa pot tenir molta importància i, des d'aquest punt de vista, és una gran competició. La major esperança es troba en el LHC, ja que en aquests set anys en què Europa ha estat sense acceleradors gegants, no ha estat descobert en Tevatron.

I si no existeix?

Treballs d'instal·lació del detector CMS. En aquest detector s'intentarà detectar principalment el bosó Higgs.
CERN

Al final, Europa podria detectar el bosó Higgs. O els Estats Units. O els estatunidencs amb l'accelerador europeu o, qui sap, amb l'accelerador estatunidenc. La competència està oberta. Però, per descomptat, hi ha una altra opció: que ningú trobi el bosó Higgs. Llavors, què?

És fàcil saber quan s'ha detectat una partícula existent, però és molt difícil decidir que aquesta partícula no existeix perquè no l'han detectat. Si no ho detecten, podria pensar-se que amb la millora de l'experiment sí que apareixerà. Per tant, no hi ha fi (més ben dit, el final seria tancar la font d'ingressos).

Hi ha qui diu que el bosó Higgs ja ha aparegut en diversos experiments, però els científics no s'han adonat, perquè no l'esperaven. Tanmateix, si això és cert, es dissenyarà fàcilment un experiment per a atrapar al bosó Higgs.

I pot ser que els físics hagin d'esperar una altra teoria. Almenys una cosa és clara: la massa existeix i abans o després hauran d'explicar per què.

Buscant l'àtom de Demòcrit
Què és la matèria? Alguns filòsofs grecs van abordar aquesta pregunta i van proposar algunes respostes. Demòcrit ho va veure de la següent manera: si es divideix un tros de matèria, i si es divideixen els trossos que es formen, i si es redividen aquests trossos… on acaba la divisió? Amb aquest plantejament, Demòcrit va publicar el concepte d'àtom. No sabia què era o com era, però per a ell l'àtom era l'última part indivisible.
(Foto: G. Rosegui)
Per exemple, agafar una poma i trossejar; per la meitat al principi; després, la meitat de la meitat, etc. Vint-i-nou divisions són suficients per a ser el que avui diem àtoms (totes les divisions en la mateixa direcció, per exemple, de dalt a baix). La qüestió és el XIX. En el segle XIX l'home va descobrir que aquest anomenat àtom no era l'àtom de Demòcrit, ja que està format per partícules més petites. A poc a poc, els físics van descobrir l'electró (1895), el protó (1918) i el neutró (1932).
L'electró compleix la idea de Demòcrit des d'un punt de vista, perquè no sabem que està format per partícules més petites, però el problema és que els electrons no formen part de tots els trossos de matèria. Els físics van descobrir que el protó i el neutró estan constituïts per altres partícules, que no són electrons o partícules del grup de l'electró. Protons i neutrons estan formats per quarkes. I no sols això; dins dels protons i neutrons van trobar altres partícules que enllacen aquests quark, el gluón (la paraula anglesa glue significa cola, d'aquí el seu nom). També es van trobar altres partícules elementals. El portal per al món de les partícules elementals va quedar obert. El bosó Higgs és un altre d'aquests mons. Al final no hi ha un sol àtom de Demòcrit.
Puente Rosegui, Guillermo
Serveis
241
2008
Seguretat
030
Física
Article
Uns altres

Gai honi buruzko eduki gehiago

Elhuyarrek garatutako teknologia