Bosón de Higgs y las Simetrías Ocultas de la Naturaleza

Como motivo de la celebración por el regreso de nuestro grupo de astronomía conformado por estudiantes, docentes y directivos, el grupo de divulgación científica Astro-K 2.0 vuelve a invitar a la Comunidad Konradista a que hablemos un poco de la ciencia de los astros.

 

Nuestra primera actividad en torno a la reactivación de Astro-K consistió en la invitación a una conferencia el día 2 de septiembre, donde recibimos la visita del PhD. Andrés Castillo con su conferencia “Bosón de Higgs y las simetrías ocultas de la naturaleza”. Este joven científico es físico, Magíster en física y Doctor en física de la Universidad Nacional de Colombia, realizó un posdoctorado en el Laboratorio de Altas Energías, Campos y Astrofísica DUNE y actualmente se encuentra adelantando su segundo posdoctorado en el Instituto de Astrofísica de Canarias.

 

¿Te perdiste la conferencia? Este es un pequeño resumen:

 

El pasado 4 de julio se celebraron los 10 años del descubrimiento del bosón de Higgs en el gran colisionador de hadrones. ¿Por qué este es un logro tan importante para la física fundamental? ¿Qué implicaciones tiene este descubrimiento para el desarrollo de la física en general? Indaguemos más a profundidad sobre estas cuestiones.

 

Para el 2012 teníamos un marco fundamental de interacciones y partículas indivisibles que nos permitía explicar un sin número de fenómenos que ocurren en escalas subatómicas, solo con una pieza faltante.  En realidad, las escalas a las que nos referimos aquí son muy pequeñas, casi por debajo de 1/1000000000000000 partes de un metro. La manera contemporánea de pensar el mundo a esas escalas es a través de estructuras que se extienden en el espacio y en el tiempo, las cuales llamamos “campos cuánticos”. Las partículas indivisibles no son más que excitaciones (o fluctuaciones) en puntos particulares de esas estructuras.

 

A esa colección de campos cuánticos fundamentales constituyendo ese marco de referencia lo llamamos el modelo estándar electrodébil, el cual logra la unificación de dos interacciones fundamentales: la fuerza electromagnética y la fuerza nuclear débil. La primera “fuerza” explica el origen de la luz, y es la garantía de la estabilidad de los átomos y las moléculas, mientras que la segunda “fuerza” explica los procesos de desintegración tipo beta (la prueba de carbono 14 está basada en una desintegración beta). 

 

Estas interacciones o “fuerzas” son mediadas por unos tipos de partículas muy especiales de “campos”, los llamados bosones intermediarios. El fotón es el bosón intermediario de la interacción electromagnética. Al tener masa igual a cero, el fotón cubre grandes distancias viajando a la velocidad de la luz. En cambio, los bosones W y Z -que son los intermediarios de la interacción débil- tienen una masa grande (casi 80 y 90 veces la masa de un átomo de hidrógeno), confinado así sus viajes a las escalas subatómicas. Esta “asimetría” entre los bosones mediadores es un efecto que es posible explicar con un “campo de Higgs”.  Los bosones W y Z interactúan apreciablemente con el campo de Higgs, mientras que los fotones no lo hacen. A esta interacción entre los bosones y el campo de Higgs la podemos identificar como una “masa” (una oposición al movimiento).  El bosón de Higgs no es más que una manifestación (excitación) del campo en un punto particular del espacio y del tiempo.

 

La historia del papel del bosón de Higgs no termina con los bosones intermediarios. En el modelo estándar existen lo que llamamos los bloques fundamentales de la materia o “fermiones”. Estas partículas son subdivididas a su vez en leptones y quarks. Un ejemplo de un leptón es el electrón (la misma partícula que “merodea” a un protón enviando “fotones” continuamente para formar así un átomo de hidrógeno). Un protón, por otro lado, está constituido de quarks (más específicamente dos quarks up y un quark down). Todos estos fermiones interactúan de diferentes maneras con el campo de Higgs para obtener su masa respectiva.

 

Para completar el modelo estándar electrodébil, y explicar el origen de las masas de las excitaciones más fundamentales de la naturaleza, necesitábamos detectar el bosón de Higgs. Distintos experimentos en el Gran Colisionador de Hadrones (LHC) buscaron las trazas de interacción de esa fluctuación con los fermiones y bosones del modelo estándar. A través de billones y billones de colisiones entre protones a casi la velocidad de la luz, lograron encontrar rastros únicos de la interacción del bosón de Higgs. Las pruebas irrefutables de esas pistas asociadas al bosón de Higgs fueron presentadas por el CERN el 4 de julio de 2012. El premio nobel para Robert Brout, François Englert y Peter Higgs -por ser los padres del mecanismo de masa- llegó en octubre de 2013.

 

Hoy, a más de 10 años, podemos aseverar que el descubrimiento del bosón de Higgs es uno de los logros científicos más importantes alcanzados por la humanidad. Adicionalmente, se ha construido el experimento más potente y grande de la tierra; el cual ha tenido múltiples aplicaciones de su tecnología en otros campos del conocimiento (como en la medicina, comunicaciones, generación de energía, etc.). Con la detección del bosón de Higgs, no solo hemos entendido a profundidad la naturaleza, sino también se han producido colateralmente desarrollos tecnológicos sin precedentes de alto impacto en la sociedad.

Conferencias, café, eventos, noches de observación y mucho más hacen parte del itinerario de Astro-K. Te invitamos a escanear el siguiente QR y nos comunicaremos contigo.

 

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