Eventos candidatos del bosón de Higgs en ATLAS (izquierda) y CMS (derecha). Imagen: CERN, CC BY-SA 3.0
¿Qué es el bosón de Higgs?
El bosón de Higgs es una partícula elemental predicha por el Modelo Estándar de la física de partículas. Fue confirmada experimentalmente el 4 de julio de 2012 por los experimentos ATLAS y CMS del Gran Colisionador de Hadrones (LHC) en el CERN.
El mecanismo de Higgs
En los años 60, los físicos Peter Higgs, François Englert y Robert Brout propusieron de forma independiente un mecanismo para explicar por qué las partículas fundamentales tienen masa. La idea es que existe un campo cuántico — el campo de Higgs — que impregna todo el universo.
Las partículas que interactúan fuertemente con este campo adquieren más masa (como el quark top), mientras que las que interactúan débilmente tienen poca masa (como el electrón). El fotón, al no interactuar con el campo de Higgs, no tiene masa y viaja a la velocidad de la luz.
Una analogía
Imagina una fiesta llena de gente (el campo de Higgs). Una persona normal camina sin dificultad (partícula ligera). Pero si entra una celebridad, la gente se agolpa a su alrededor, frenando su avance: esa resistencia es análoga a la masa que adquiere una partícula pesada.
El bosón de Higgs sería como un rumor que cruza la sala: la gente se agrupa para contarlo, creando una pequeña ondulación en la multitud. Esa ondulación es el bosón de Higgs: una excitación cuántica del propio campo.
Esquema del mecanismo de Higgs: el campo de Higgs rompe la simetría electrodébil y da masa a las partículas.
El descubrimiento
Detectar el bosón de Higgs requirió el acelerador de partículas más grande jamás construido: el LHC, un anillo de 27 km de circunferencia bajo la frontera franco-suiza. En su interior, protones colisionan a energías de hasta 13 TeV.
El bosón de Higgs es extremadamente inestable: se desintegra en menos de una milmillonésima de milmillonésima de segundo. Los físicos no lo ven directamente, sino que detectan los productos de su desintegración: pares de fotones, bosones W y Z, o quarks bottom.
El anuncio de 2012 mostraba una señal con 5 sigmas de significancia estadística — lo que equivale a una probabilidad de menos de 1 entre 3.5 millones de que la señal fuera una fluctuación aleatoria.
El Premio Nobel
En 2013, Peter Higgs y François Englert recibieron el Premio Nobel de Física por el descubrimiento teórico del mecanismo que explica el origen de la masa de las partículas elementales.
Más allá del Modelo Estándar
El bosón de Higgs descubierto tiene una masa de aproximadamente 125 GeV/c². Pero quedan muchas preguntas abiertas: ¿es el único bosón de Higgs o hay varios? ¿Está relacionado con la materia oscura? ¿Por qué su masa es la que es y no inmensamente mayor (el llamado problema de la jerarquía)?
El LHC sigue tomando datos y futuros colisionadores como el FCC (Future Circular Collider) podrían ayudar a responder estas preguntas.
«El bosón de Higgs es la última pieza que faltaba en el rompecabezas del Modelo Estándar. Pero lejos de cerrar el libro de la física de partículas, ha abierto un nuevo capítulo.»