Resultados de la búsqueda del bosón de Higgs

13 diciembre 2011

Información suministrada por el Área de Medios de Comunicación

 Facultad de Ciencias Exactas y Naturales | UBA

Culminó hace instantes la conferencia de prensa convocada por la Organización Europea para la Investigación Nuclear CERN, donde se comunicaron los resultados obtenidos a través de los experimentos en el colisionar de hadrones LHC, la infraestructura de indagación científica más impresionante de la historia, ubicada en la frontera entre Suiza y Francia. De acuerdo al testimonio de los responsables de la experiencia, hay fuertes indicios de la existencia del bosón de Higgs, la partícula que hasta ahora permanece en el terreno de la hipótesis.

La Argentina juega un papel relevante en esta búsqueda, tanto desde el punto de vista experimental en la colaboración con el experimento ATLAS –donde participaron grupos de investigación del Departamento de Física de la FCEyN-UBA y de la Universidad de La Plata–, como también desde el teórico, ya que los cálculos utilizados para analizar la producción del bosón de Higgs y de su background principal fueron realizados por una colaboración entre miembros del Departamento de Física y colegas italianos.

A continuación transcribimos un comunicado enviado en exclusiva desde el CERN, elaborado por los físicos Daniel de Florián y Ricardo Piegaia, integrantes del Departamento de Física de Exactas, investigadores UBA-CONICET:

La física de partículas elementales cuenta desde hace varias décadas con una teoría muy elegante, que lleva el nombre del «Modelo estándar». Esta no solo describe cuáles son los componentes fundamentales de la materia (quarks como componentes del protón y el neutrón, y leptones del electrón) sino también de la manera en que interactúan entre sí; esto es, cuáles son las fuerzas que se ponen en juego. Esta teoría, la más exitosa en la historia de la física en términos de su acuerdo con las observaciones experimentales, predice la existencia de una nueva partícula aun no observada, conocida con el nombre de “bosón de Higgs”, el que juega un papel fundamental en otorgarle masa a las partículas elementales.

Si bien la masa es una propiedad básica que forma parte del lenguaje cotidiano, recordemos que, en física, la masa es una medida de cuán difícil es acelerar un objeto. Que A tenga el doble de masa que B, quiere decir que hay que hacer el doble de fuerza para acelerar a A que para acelerar a B. En el «Modelo estándar» se explica el origen de esta propiedad elemental de la materia como la interacción con el Higgs. O sea, en vez de decir que A tiene el doble de masa que B, deberíamos ahora decir que A interactúa el doble que B con el Higgs. Para hacer una similitud con la física clásica, se podría representar al bosón de Higgs como una especie de “viscosidad” que impregna el espacio-tiempo y que, por su especial interacción, se ocupa de “frenar” a las partículas elementales generando un efecto equivalente a la masa inercial. Una de las metas principales del LHC es justamente descubrir este bosón de Higgs, si es que existe tal como lo predice la teoría.

Por supuesto que su búsqueda no es sencilla. Su masa es por lo menos unas 120 veces la del protón, por lo que hace falta mucha energía para crearlo, y aun en ese caso su observación es complicada. El bosón de Higgs (al menos el que predice la teoría) vive tan poco que antes de recorrer la distancia equivalente al tamaño de un protón se desintegra en otras partículas. Es justamente el producto de este decaimiento lo que se debe buscar para descubrir (o probar que no existe) el Higgs. El problema fundamental es que la mayoría de estos productos son generados muy copiosamente en los colisionadores por otros mecanismos más  convencionales y por ello hay que ser capaz de observar muy pequeñas alteraciones en el espectro de su producción. Además, dado el carácter cuántico de estos fenómenos, es aun posible que algunas de estas  alteraciones sean incuso producidas por los fenómenos más convencionales. Entonces, para evitar confusiones con “fluctuaciones estadísticas”, se requiere colectar y analizar una gran cantidad de datos de tal forma que no queden dudas de que una nueva partícula ha sido creada: ¡Hay que buscar una aguja en un pajar cuántico!

A medida que más datos son acumulados -lo cual sucedió en el LHC a lo largo de este año- fue posible, en primer lugar, poner límites más estrictos a la posible masa del bosón de Higgs. El primer paso para descubrir una partícula consiste justamente en eliminar posibilidades hasta concentrar en el rango más factible de masas.

En el día de hoy las principales colaboraciones experimentales del LHC (ATLAS y CMS) han presentado los resultados más recientes de la búsqueda, que corresponden a un incremento en estadística de entre 2 y 5 veces respecto de análisis previos.
El primer resultado muy interesante es que si el bosón de Higgs no existiera, con la cantidad de datos estudiados casi habría sido posible probar su no existencia. Sin embargo esto no ha ocurrido. De alguna forma coloquial podría decirse que los resultados experimentales son básicamente incompatibles con la no-existencia del bosón de Higgs. Por el contrario, ambos experimentos encuentran un número importante de eventos que podrían bien ser compatibles con la existencia del mismo. Por supuesto, dada la relevancia que tendría el hallazgo de esta partícula (el descubrimiento mas importante de lo que va del siglo seguramente) es necesario avanzar con cautela y obtener más datos (lo cual será posible el próximo año) para descartar que estas observaciones no sean el resultado de las  “fluctuaciones estadísticas” sino pruebas genuinas de la creación y decaimiento del bosón de Higgs en el LHC.

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