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Creo que para comprender bien de qué se trata todo el asunto es necesario explicar algunos conceptos básicos para que no sea información vacua y olvidable, es por ello que me extendí más allá de los clásicos artículos de una esquela.
¿Qué mierda es el bosón de Higgs?
Aclaración: aquí me refiero a las propiedades corpusculares de las partículas elementales, por lo que no considero necesario hablar demasiado sobre la dualidad onda-partícula (que por otro lado, es un abuso del lenguaje que sólo trae confusiones) de las mismas. Es decir, hablo de las partículas asociadas al fenómeno en estudio.Este texto busca dar información meramente cualitativa.
A lo nuestro
Figura 1
Por empezar, el bosón de Higgs es una partícula, más específicamente, una partícula elemental. Hoy llamamos partículas elementales a aquellas que, actualmente, no se ha comprobado que tengan sub-estructura, es decir, son las partículas “finales”, a lo mínimo que se puede llegar, digamos, a los cimientos de todo el universo. Hay teorías que proponen la existencia de una sub-estructura en partículas que hoy llamamos elementales (recordemos que no hace mucho, los átomos eran consideradas partículas elementales -de ahí su nombre: “indivisibles”- luego se creyó que protones y neutrones también eran elementales, en fin, puede que todavía le estemos errando, tal vez encontramos los dados equivocados), pero es bastante jodido corroborarlo, ya que se necesitan energías de orden superior al de los TeV (Tera electrón Volt, 1.000.000.000.000 eV).
Figura 2: Tamaño relativo de la materia.
El bosón de Higgs al que me refiero en este texto, es al teorizado en el “modelo estándar de física de partículas”, teoría ampliamente aceptada por la comunidad científica como la más acertada descripción de tres de las cuatro interacciones fundamentales (nuclear débil, nuclear fuerte, y electromagnética), la que queda afuera es la forrita de la interacción gravitatoria, que siempre fue una piedrita en el zapato. Pues bien, el modelo estándar se ajusta (casi) perfectamente a las observaciones prácticas realizadas durante un buen tiempo. Es más, el modelo estándar ya ha logrado unificar la fuerza electromagnética (la cual es resultado, también, de una unificación entre dos interacciones que se creían no relacionadas: la eléctrica y la magnética) con la nuclear débil, llamando a este conjunto fuerza electrodébil; la teoría que pretende unificar la interacción electrodébil con la nuclear fuerte -cuya unificación es llamada interacción electronuclear- se llama “teoría de la gran unificación”; por último, una teoría que unifique la electronuclear con la gravitatoria sería la “teoría del todo”. Divagué. A lo que iba es que este bosón, del que tanto se habla, es el predicho por esta teoría; aclaro porque en otras teorías distintas, tal vez no tan “populares”, se propone la existencia de una “gama” de bosones de Higgs.
Figura 3: Unificación de las fuerzas.
Figura 4
Figura 5: Convergencia de las tres fuerzas contempladas en el modelo estándar.
Consideremos, entonces, que las partículas que hoy llamamos elementales son tales. Existen dos tipos de partículas elementales, los bosones y los fermiones; a su vez, estos últimos se dividen el leptones y quarks (pronunciado “cuorks” no “cuarks”). Una partícula compuesta por varias elementales puede ser también un fermión o bosón, dependiendo únicamente del número de fermiones de los que está compuesta.
Figura 6
Figura 7: Partículas elementales.
Figura 8
Figura 9
Sobre los fermiones diremos que son los componentes básicos de la materia, de lo (haciendo un ejercicio mental) tangible, y que interactúan entre sí a través de los bosones de gauge (ya va, ya va, ya llego a eso).
Figura 10: Fermiones, constituyentes de la materia.
Figura 11
Los leptones son aquellos que no experimentan (ni se enteran) la interacción nuclear fuerte, su interacción es básicamente la nuclear débil. Existen seis leptones distintos, con sus correspondientes antipartículas.
Figura 12
Figura 13
Los quarks, por su parte, sí pueden “sentir” la fuerza nuclear fuerte (y las otras tres también, de hecho, son las únicas partículas fundamentales que interactúan con las cuatro fuerzas elementales), y son los componentes de los hadrones (el protón y el neutrón son dos ejemplos de hadrones).
Figura 14
Figura 15
Figura 16
Figura 17: Disposiciones de quarks en hadrones.
Hablemos un poco de las interacciones fundamentales. A partir de ahora hablaré indistintamente de fuerzas e interacciones.
Figura 18
La fuerza gravitatoria se observa fácilmente y es de la que se conoce hace más tiempo, pero a la vez, es la más “rara”, porque todavía no encaja con las otras tres. Es la encargada de que las partículas con energía interaccionen entre sí (si, incluso las partículas sin masa). Junto a la fuerza electromagnética, son las que actúan a grandes distancias. También, con esta última fuerza, comparten el hecho de que en la teoría de campos clásica, siguen la ley de la inversa del cuadrado. La gravedad se estudia mediante la relatividad general, en la que se describe a la gravedad como una deformación en el espacio-tiempo. Como ya dije, esta fuerza no encaja mucho con la física de partículas, pero su aporte a escalas subatómicas es tan ínfima (tan, tan, tan ínfima) que tranquilamente se pueden usar las dos teorías simultáneamente. Básicamente, la gravedad es notoria en grandes masas.
Figura 19: Teoría gravitatoria clásica.
Figura 20: Interpretación relativista de la gravedad, deformación del espacio tiempo.
La fuerza electromagnética es aquella que actúa entre partículas con carga eléctrica. Puede ser atractiva o repulsiva, dependiendo de la polaridad de las cargas de las partículas que intervienen. En el caso particular en el que las partículas estudiadas se encuentren en reposo, se la conoce como fuerza electrostática. Al igual que la gravedad, también actúa a grandes distancias, pero esta es mucho más fuerte que la fuerza gravitatoria. A escala subatómica, se la denomina electrodinámica cuántica.
Figura 21: Cuando ambas cargas tienen distinto signo (a) la fuerza electrostática es de atracción, mientras que si tienen el mismo signo la fuerza electrostática es de repulsión (b).
Figura 22: Campo eléctrico producido por un conjunto de cargas puntuales (q1, q2, q3).
Figura 23: Diagrama de Feynman de la interacción electromagnética.
La fuerza nuclear fuerte sólo actúa a distancias del orden del radio atómico. Básicamente es la fuerza encargada de que en el núcleo atómico puedan coexistir varios nucleones (neutrones y protones) “juntos”. Es evidentemente mucho más fuerte que la electromagnética, que tiende a separar a las cargas eléctricas de la misma paridad (lo cual es mucho decir, porque la fuerza electromagnética de repulsión entre dos partículas a las distancias mencionadas es titánica). Esta fuerza es la que permite que los quarks dentro de los hadrones estén unidos. En este caso, la carga que rige su comportamiento es la carga de color (equivalente a las positivas y negativas del electromagnetismo). La teoría que estudia esta interacción en particular es la cromodinámica cuántica. Esta interacción es únicamente atractiva.
Figura 24
Figura 25: Representación gráfica de la interacción fuerte.
Figura 26
Por último, tenemos a la fuerza nuclear débil. Esta es un poco menos intuitiva que las anteriores. Por empezar es varios órdenes de magnitud menor que la electromagnética, y más débil todavía de la nuclear fuerte, y a su vez, actúa a distancias menores que esta última. Recordemos, las cargas que entran en juego en el electromagnetismo son positivas y negativas; las que se ven en la nuclear fuerte son cargas de color; aquí, las cargas son de sabor. Está de más que lo aclare, pero los nombres color y sabor son sólo eso, nombres, lo mismo daría llamarlas Pedro y Juan, porque es obvio que las partículas subatómicas no tienen sabor, y son mucho menores a la longitud de onda (la distancia entre las crestas de una onda; la distancia entre las partes más altas de una ola, por ejemplo) de la luz visible, por lo que tampoco tienen color en el sentido en el que lo entendemos los mortales. Esta interacción se encarga del cambio del sabor de los quarks y leptones; es la que produce la desintegración en partículas más livianas de quarks y leptones, es decir, que se conviertan en otras partículas distintas. También es la encargada de lo que se llama desintegración beta. En esta, un nucleido, que se entiende como las posibles agrupaciones de nucleones protones y neutrones (¿me explico? protones + neutrones, cada elemento de la tabla periódica tiene un nucleido principal, el más común, y, a su vez, por cada elemento hay varios isótopos, en los que los nucleidos difieren sólo en el número de neutrones), emite una partícula beta, las cuales son leptones (más específicamente, neutrinos y electrones).
Figura 27: Desintegración beta de un nucleido: emisión de un electrón.
Figura 28: Interpretación gráfica de la interacción débil, mediante el bosón W(-).
Figura 29: Desintegración del neutrón en un protón, un electrón y un antineutrino electrónico.
Figura 30: Representación gráfica de la desintegración de un neutrón. A través del bosón W(-), u quark down se transforma en un quark up (por lo que la partícula se convierte en un protón), y se emiten un electrón y un antineutrino electrónico.
Todas estas fuerzas actúan a distancia, algunas a poca y otras a larga distancia.
Cuando las fuerzas son ejercidas por un cuerpo sobre otro estamos todos tranquilos, no pasa nada raro. Y con las fuerzas a distancia, ¿qué carajo hacemos?
En las teorías gravitatorias y electromagnéticas clásicas, para salvar el escollo planteado por el accionar de fuerzas a distancia, se introdujo el concepto de campo, de modo que este se extendía por todo el espacio entre los cuerpos estudiados, de forma que una perturbación de este campo en un punto por un elemento, se transmitía a través de este hasta llegar al otro cuerpo, donde ese campo perturbado ejercía una fuerza; básicamente, en esta teoría, el campo es un elemento más, que transmite perturbaciones, así que se podía decir (un poquito de imaginación che) que las fuerzas se transmitían, en última instancia, también por “contacto” entre partícula-campo campo-partícula. En un primer momento se planteó la idea de que esta fuerza se transmitía a través del campo en un tiempo nulo (instantánea); luego se propuso que lo hacía a la velocidad de la luz.
Figura 31
Figura 32: Campo eléctrico generado por dos cargas iguales y por dos cargas opuestas respectivamente.
Figura 33: Campo gravitatorio de una masa m.
Tanto las leyes clásicas gravitatorias presentadas por Newton, y las electromagnéticas, formuladas por diversos científicos y recopiladas por Maxwell, hoy sabemos que son aproximaciones (que sirven de manera muy cercana a la exactitud, y a los efectos prácticos, con un error muy inferior al 1% para la mayoría de las aplicaciones mundanas) que a escalas subatómicas y/o a velocidades relativistas, fallan garrafalmente.
Estudiando el interior de los átomos, se observaron comportamientos similares, que también pueden explicarse mediante una teoría que contenga campos (porque las fuerzas fundamentales son todas a distancia, a distancias subatómicas muy pequeñas, pero siguen siendo a distancia).
Entonces, a cada interacción le corresponde un campo. Lo interesante es que cuando se estudiaron a fondo los resquicios de la mecánica cuántica, se encontró con que lo que se llama campo no es continuo, sino que está formada por cuantos, que son los bosones de gauge, y que el campo, al fin y al cabo, es el resultado de la interacción entre dichos bosones y los fermiones. Entonces, los bosones son los mediadores de fuerza o los portadores de las interacciones fundamentales (Son dos formas distintas de decir lo mismo).
Los bosones que son responsables del campo electromagnético son los fotones; los que dan lugar a la interacción nuclear fuerte son los gluones; los encargados de mediar en la fuerza nuclear débil son los bosones W y Z (en realidad son tres: W± -léase W[superíndice]+- y Z [superíndice]0-), y los responsables de la gravedad son los hipotéticos gravitones, pero como ya dije más arriba, de existir, son muy escurridizos…gravedad y la concha de tu madre. La teoría que pretende cuantificar la interacción gravitatoria se denomina teoría de la gravedad cuántica.
Todos estos bosones de gauge tienen una masa propia (la masa que tienen cuando están en reposo) nula (no quiero spammear, pero, para comprender mejor este concepto de masa propia, sería interesante ver ).
El fotón, el hipotético gravitón y el gluón no joden con la masa. Ahora, afinando la teoría y las observaciones experimentales, se nota que los bosones W y Z deben tener (y tienen) masa; de hecho son muy masivos como para ser partículas elementales, son más densos aún que el núcleo de un átomo de hierro, ya que actúan a muy corta distancia.
Pero… ¿Cómo explicar la masa de estas partículas elementales? Por el año 1964, varios físicos teóricos propusieron, de forma independiente, un mecanismo, enmarcado dentro del modelo estándar, que resolvía este problema. Se lo denominó mecanismo de Higgs. Este postula que existe un campo que impregna todo el espacio, llamado campo de Higgs, cuyo cuanto es la tan buscada, mentada, odiada, amada, preciada, mistificada, partícula de Higgs, el archimediático bosón de Higgs.
Figura 34: Peter Higgs.
Este mecanismo describe cómo se origina la masa en las partículas elementales (particularmente de los bosones W y Z), y también explica por qué otras no poseen masa.
Como ya dije, este campo de Higgs, compuesto cuánticamente por bosones de Higgs, interactúa con algunas partículas elementales y no con otras; esta partícula, como los demás bosones de gauge, es la mediadora de una interacción, la interacción de Higgs.
Figura 35: Representación gráfica del mecanismo de Higgs.
Los fotones, gravitones y gluones no se enteran de la existencia del campo de Higgs (así como los leptones no se enteran de la interacción nuclear fuerte, por dan un ejemplo análogo), porque no interactúan con los bosones mediadoras de este campo.
Los bosones W y Z, que son los mediadores de la fuerza nuclear débil interactúan fuertemente con este campo debido a su corta acción a distancia de acción, es decir, intercambian ““información”” (si me lee un físico me escupe la cara) con los bosones de Higgs. Así, entonces, estos bosones son los causantes, los responsables, del origen de la masa en las partículas…eso es todo. Va de nuevo, este bosón es el culpable de que las partículas que interaccionan con el tengan masa, dando una masa mayor a aquellas que más interactúan, y el que define cuáles partículas no poseen masa, debido a su nula (o pequeñésima) interacción con esta. Algo como una partícula discriminadora, “con vos todo bien, ¿cómo andás, vení, vení, acercate”, “con vos no me junto ni en pedo. Me importa un carajo, tomatela te dije”.
Figura 36: Interacción de las partículas del modelo estándar.
Recientemente, a mediados del año pasado (2012), se anunció el descubrimiento de una nueva partícula que se parecía mucho al bosón de Higgs. Posteriormente, en marzo de este año (2013), luego de haber analizado toneladas de información, se comunicó que esta partícula encaja perfectamente con este escurridizo bosón, tanto en sus características como en su interacción con las demás partículas fundamentales. Queda, todavía, decidir si el bosón hallado es, como expliqué al principio, el descrito en el modelo estándar, o si es uno de los bosones predichos por otras teorías alternativas.
Figura 37
Básicamente, este es uno de los casos en los que los medios se cuelgan de una noticia del mundo de la ciencia por prestarse al sensacionalismo, debido a lo rimbombante de la misma, y como fue un físico el que acuñó el término “partícula de dios”, les dio el pie para bizarrearla, adoptar ese chiste como descripción absoluta de la partícula, y, ya que estaban, llamar al LHC “la máquina de dios”…bueno, el hambre y las ganas de comer.
Figura 38 
No digo que la partícula no sea importante, pero no lo es más que muchas otras, la importancia de esta es exterior, impropia llamémosla. Pero es la partícula que falta para cerrar el abanico de partículas teorizadas en el modelo estándar. Es como cuando se nos caen los dientes de niños, el último que se cae no es intrínsecamente más importante que cualquier otro diente, la importancia es relativa y viene dada por el hecho de que sea el último, el que cierra un ciclo. Digamos que es un descubrimiento oportunista, si hubiera sido otra partícula la faltante para completar el modelo, también la llamarían la partícula de dios. No sé, si la masa de los quarks u y d fueran distintas, los protones serían inestables, ergo, no habría átomos, ergo...bueno, es obvio ¿no? Si la masa del bosón W fuera menor, las estrellas tardarían más en formarse y consumirían su combustible mucho más rápido, no daría el tiempo para que se desarrolle la vida en un planeta (pasaron 4500 millones de años (aprox. , ¿no?) desde que surgió la vida hasta ahora, con la masa del bosón W mayor ni en pedo duraba todo eso el Sol; ahora, si fuera mayor, el Sol sería más chico, pero largaría ondas electromagnéticas mucho más energéticas, más aún que el ultravioleta, y la verdad quisiera ver vida ahí. Podría seguir, considerando masas y constantes con una mínima variación, y en todos los escenarios, yo no estaría comentando huevadas en T!; así que este dios es un pillín, nos hace trampa y se elige todas las partículas y constantes para él, como el nenito glotón que se mete todos los caramelos en el bolsillo, y a los otros no les deja posibilidad de elegir, y son todas las cosas en el universo (incluyendo al universo) de dios, o nos contentamos con el principio antrópico.
¿Alguien ha escuchado hablar de “democracia nuclear”? Es el concepto que postula que cada partícula elemental es igualmente "elemental"
Básicamente, si no es el bosón de Higgs lo que encontraron, habrá que replantearse el modelo estándar, y habrá que formular una nueva teoría; y si es, todo bien, el modelo estándar feliz y contento; con su comprensión se podría pasar a un nuevo terreno en la investigación relativa a la materia oscura, ya que se tendría completo el modelo que describe las partículas elementales, cómo interactúan entre ellas y las consecuencias de estas interacciones…pero sí, al día de hoy ya está confirmado que se trata de un bosón de Higgs, queda saber si se trata del postulado en el modelo estándar o es sólo uno (el más liviano) de los predichos por otras teorías.
Figura 39: “Hemos observado un nuevo bosón con una masa de 125,3 +/- 0,6 GeV con una significancia de sigma 4,9. Fuertes aplausos”.
La información que se presenta a continuación es prescindible
Glosario
CERN Organización Europea para la Investigación Nuclear. Es el mayor laburatorio de investigación en física de partículas de todo el mundo. Se encuentra en la frontera entre Francia y Suiza. Cuenta con varios aceleradores de partículas, entre los que se destacan el LHC
LHC Acelerador de partículas, de 27 km de circunferencia y un radio de 4 km. Es el mayor acelerador de partículas del mundo. En él, se aceleran dos haces de protones hasta alcanzar el 99,999% de la velocidad de la luz, para hacerlos chocar a altísimas energías; la mayor conseguida hasta ahora ha sido de 7 TeV (aún puede alcanzar energías tan altas como 14 TeV). Con esto se pretende obtener información sobre cómo fue el universo en los primeros instantes, en los que se sospecha, las cuatro fuerzas fundamentales estaban unificadas.
Tabla 1
eV Electrón-Volt. Unidad de energía. En física de partículas se usa tanto como unidad de energía como de masa, relacionadas entre sí. Un eV es la energía de una partícula, mientras que, aunque también se expresa en eV, la masa de una partícula, aunque su verdadera unidad es eV/c^2, se la menciona como eV a secas. Una partícula con una masa de X eV tiene una energía equivalente a la contenida en una masa de X eV/c^2.
Antipartícula Partícula con masa, y spin idénticos a una partícula “común”. Algunas partículas sin masa también pueden tener su antipartícula, aunque no todas.
Spin Palabra ingresa equivalente a “giro”. Propiedad física intrínseca (de valor fijo) de las partículas (como la masa en reposo o la carga), que se refiere al momento angular (ver la entrada siguiente) intrínseco de cada partícula. Repito, esta es una propiedad intrínseca de cada tipo de partícula. El nombre es meramente ilustrativo y no tiene mucho que ver con el momento angular mecánico (bueno, tal vez sí, pero debemos tener en cuenta que la idea de un giro sobre un eje es sólo una ayuda de memoria para asociarlo con algo un poco más conocido). Esta bonita propiedad es exclusiva del mundo cuántico, no hay un equivalente exacto en la teoría clásica de giro en el espacio, sólo debemos tomar con pinzas la imagen mental. El espín no se puede representar como un movimiento real, es un número cuántico introducido para que “cierren” algunas cositas del mundillo cuántico. Entonces, como su valor es fijo no variará para distintos observadores, como mucho varía la dirección.
Momento angular Si consideramos un cuerpo rígido que gira sobre su propio eje, el momento angular es la resistencia que se opone a la variación de la velocidad angular del sistema, la cual es una medida de la velocidad de rotación. Técnicamente se define como el ángulo girado (en radianes, básicamente es otra forma de medir ángulos distinta a los grados) por unidad de tiempo (segundo).
Ley de la inversa del cuadrado Fenómeno físico en el cual la magnitud decrece con el cuadrado de la distancia al centro donde se originan.
Figura 40: Ilustración de la ley de la inversa del cuadrado. Las líneas representan el flujo que emana de una fuente puntual. La densidad de líneas de flujo disminuye a medida que aumenta la distancia.
Carga de color Análogo de la carga eléctrica de quarks y gluones. Hay tres colores distintos: rojo, azul y verde. A distinta combinaciones, distintas partículas.
Carga de sabor Atributo que define a cada uno de los seis quarks: u (up), d (down), s (strange), c (charm), b (bottom), t (top). A su vez, cada uno de los cuales puede poseer uno de los tres colores, lo que nos daría un total de seis quarks (6saboresX3colores).
Materia oscura Materia que no emite (o emite muy poca) radiación electromagnética para ser detectada con los medios que poseemos; se deduce su existencia debido al comportamiento distinto de la materia visible si su comportamiento se debiera sólo a la materia visible (valga la redundancia) circundante. No debe confundirse con la energía oscura; la masa oscura es una forma de materia, mientras que la energía oscura se entiende como un campo que impregna todo el espacio. Se estime que la masa oscura ocupa aproximadamente un 20% de la masa total del universo (al menos del observable). El papel de la física de partículas es la obtención de información sobre las partículas elementales que conforman dicha materia.
Figura 41
Vida media Promedio de vida de un núcleo o de una partícula subatómica libre antes de desintegrarse. Este valor es específico de cada partícula. Una partícula no “envejece”, por lo que la vida media es una constante. Es el tiempo requerido para una muestra dada de partículas se desintegren a la mitad. Es un valor probabilístico, no se puede determinar qué partícula de la muestra se desintegrará primera, segunda, última…
Neutrino Los neutrinos son fermiones sin carga eléctrica y con una masa muy pequeña y muy difícil de medir. Estas partículas tienen una interacción mínima con la materia, desde distintas fuentes la Tierra es bombardeada por miles de millones de neutrinos por segundo que nos atraviesan sin que nos demos cuenta. Literalmente, si dispusiéramos de un bloque de plomo de un año luz en el espacio exterior, éste sólo detendría la mitad de los neutrinos que lo impacten. Sólo los afectan las interacciones débil y gravitatoria. Existen tres tipos de neutrinos: electrónico, tauónico y muónico (y sus respectivas antipartículas), cada uno de ellos asociado a una de las tres cargas de sabor, y fluctúan aleatoriamente entre los tres sabores (“cambian” de un sabor a otro de forma aleatoria); es por ello que se hace muy difícil distinguir uno del otro, pero a su vez, fue lo que dio la pista de que los mismos debían tener masa.
Información complementaria
¿Cómo se detectan las partículas subatómicas?
Cuando dos partículas colisionan entre sí, creando y destruyendo distintas partículas. En las instalaciones de los aceleradores se cuenta con un software que dibuja electrónicamente las trazas que dejan estas partículas. Cuando se analizan estas trazas se pueden inferir las características de cada una de las partículas “nuevas”.
Figura 42: Simulación de cómo deberían verse las trazas (estelas) del bosón de Higgs.
Partículas estables e inestables
Las partículas inestables son aquellas que libres se desintegran en otras más livianas espontáneamente. Los protones y electrones son estables; el resto de hadrones y todos leptones cargados son inestables. Existen límites inferiores en cuanto a la vida media de protones y electrones, pero son mayores a la edad del universo. Aún así, las teorías más aceptadas consideran la desintegración de los protones, pero la llamamos estable porque es lo mismo decir que nunca se van a desintegrar a decir que van a hacerlo en eones; esta consideraciones sólo se tienen en cuenta para el estudio de la muerte del universo.
Los tiempos de vida media son, en general, específicos para cada partícula.
Viene al caso decir que la vida media del bosón de Higgs es de un zeptosegundo; para dar una idea, en un segundo hay mil trillones (un 1 seguido de 21 ceros) de zeptosegundos.
Características del bosón de Higgs
Tabla 2
Partículas virtuales
Son partículas elementales de existencia ínfima ("existen" por un instante), que violan (en apariencia) ciertas leyes de conservación. Cuando los bosones de gauge transmiten las interacciones los hacen en forma de partículas virtuales, que pueden ser creadas hasta en el vacío más perfecto posible. Trataré de explicarme mejor. Al momento del intercambio, el bosón, por un instante, se convierte en un par de partículas; y no hay medición alguna que nos pueda decir si esto “en realidad” ocurre o no. En ese instante, la partícula “fluctúa” entre dos partículas, y a la partícula adicional se la denomina partícula virtual.En la divulgación está muy difundido un abuso del lenguaje para explicar estas partículas; para no hacer un embrollo en la cabeza del lector se explica muy someramente y se da a entender que las intermediarias de las fuerzas son estas partículas, y termina pareciendo que son poco menos que mágicas, cualquiera. Otros casos en los que ocurre esto: Teoría de la relatividad simplificada a “nada se puede mover más rápido que la luz” (así, textual, hay al menos tres errores).
Instante
Un profesor de análisis (el Dr. Melgarejo) una vez nos preguntó “¿qué es un instante?”, todos comenzaron a aventurar (incorrectas) respuestas. Trazando una analogía, el concepto de instante se parece al de infinito. Infinito no es un número, no es el número más grande que existe, básicamente porque no existe tal cosa, infinito es un concepto, dicho groseramente, de interminable. Podemos elegir un número al azar y siempre va a haber un número más grande, y así hasta nunca terminar, entonces se dice que algo “tiende” al infinito, es justamente eso, una tendencia del sistema. El concepto de instante es algo similar. Tomamos un lapso de tiempo y lo comenzamos a achicar, achicar, achicar; pero siempre podremos encontrar un espacio de tiempo menor; cuando hacemos esto, decimos que el espacio de tiempo que estamos estudiando tiende a un instante, nunca llega a ser “un” instante. Bue…no sé si me expliqué o metí más la pata.
Diagramas de Feynman
Los diagramas de Feynman representan la interacción entre partículas elementales. Estos diagramas dicen mucho más de lo que parece, tipo de interacción, de partículas, etc.; de hecho, incluso, aportan información matemática de importancia. Las líneas rellenas representan partículas y las líneas punteadas (también pueden ser líneas onduladas, es lo mismo) representan la interacción.
Figura 43
En la figura 43 tenemos un diagrama sencillito, en el se representa la colisión de dos partículas cualesquiera, “U”; al efectuarse la colisión, liberan un bosón intermediario, que se desintegrará en dos partículas “V”. Este sólo es un caso genérico entre un gran abanico de posibles diagramas.
¿Sigma 4,9?
En primer lugar, sigma e refiere a un concepto estadístico llamado “desviación estándar”, esta expresa, en un valor numérico, la dispersión de los datos de una muestra cualquiera; es decir, nos dice si todos los datos que tenemos están concentrados alrededor de un valor, o, si por el contrario, están dispersos, tipo “nube”, sin hallarse particularmente de algún punto. Bien, los valores que contemplamos siguen lo que se conoce como distribución normal, cuya representación gráfica tiene forma de campana (campana de Gauss), con la parte del medio más alta, y va decreciendo hacia ambos lados.
Figura 44: Distribución normal. Campana de Gauss.
Vemos que para los valores menores de sigma la campana decrece, y, el valor medio se representa con la letra griega mu (esa que parece una u). La desviación es lo lejos que está un punto dado respecto de la media. Vemos que, a medida que el valor absoluto (el valor numérico sin signo) de sigma crece, la “sombra” bajo la curva ocupa cada vez una superficie mayor. Vemos en la figura 44 que para un valor absoluto de sigma 3, la superficie abarcada bajo la campana está entre el 99,5 y el 99,9 por ciento del total. Entonces, si los resultados de una investigación (pongámosle, en el caso de este bonito bosón, los valores en eV) se encuentran cerca de la media, es decir, valores absolutos de sigma pequeños, se observa que los datos no son consistentes con la teoría. Ejemplo: cuando en una encuesta a boca de urna (¿se sigue haciendo eso?) cuando las encuestadoras hablan del “margen de error”, se refieren a lo que “sobra” debajo de la curva sin sombrear, o sea, con sigma 2, el margen de error es de aprox. el 5%, por lo que el nivel de confianza ronda el 95% (decir sigma 2 implica nivel de confianza del 95%), ¿se entiende?. Entonces, con sigma tres, todavía tenemos un 5% fuera del area sombreada. Bien, ahora, sigma 4,9 (~ 5) equivale a una probabilidad de 1 en (+/-) 3.500.000; pero esta no es la probabilidad de que el bosón de Higgs exista o no, sino que expresa que 1 en 3.5 millones de ser debida a una fluctuación estadística; es decir, de que sea fruto del azar (no sé si me expresé bien…bue, sólo fui ayudante de mecánica racional, no es mi culpa
, nah, creo que sí se entiende).
¿Por qué tanta vuelta todavía para dar por cierta la existencia del bosón?
Como ya dije más arriba, yo creo que ya es prácticamente un hecho que la partícula descubierta en ese rango sea el bosón de Higgs; pero aún, para comunicar oficialmente su existencia se deben analizar algunos datos más. Usualmente sigma 5 es como un estándar “potable”, pero, por un lado, se trata de algo muy choto, algo que tal vez no comprendamos del todo, por lo que hay que buscar más información. El primer comunicado (el del 2012) fue de un valor de sigma 2,5 (aprox. , no sé, no me acuerdo), luego se analizaron más datos (2013), y se alcanzó el valor de sigma 4,9.
Pero ya tienen un precedente fresco de un error con una desviación estándar de 6. Me refiero al (sonado) caso en el que se midió la velocidad los neutrinos superior al de las ondas electromagnéticas en el vacío (velocidad de la luz, c); finalmente, y a pesar del sigma 6, se corroboró que el tiempo de vuelo de los neutrinos es constante y no supera dicha velocidad. Será cuestión de tiempo hasta que lo hagan oficial.
Links de interés*
Página oficial del CERN
(En inglés y francés)
School of Physics & Astronomy, University of Edinburgh
(En inglés)
*No son fuentes de información para la escritura de este texto.
Bien,su historia es muy interesante señor pelmazo...
...así que voy a transcribirla en mi máquina de escribir invisible.
Créditos de las imágenes*
Apertura Scan propio, extraído de la carpeta de apuntes de física III, UNLP, facultad de ingeniería, Titular Dr. Tocho.
Inicio Captura propia. The Simpsons. Temporada 10, episodio 205.
Figura 1
Figura 2
Figura 3
Figura 4 http://misdivagues.com/wordpress/?tag=fuerza-nuclear-fuerte
Figura 5
Figura 6
Figura 7 http://foros.astroseti.org/viewtopic.php?f=2&t=8378
Figura 8 http://es.wikipedia.org/wiki/Part%C3%ADcula_elemental
Figura 9 http://es.wikipedia.org/wiki/Archivo:Elementos_basicos_materia.png
Figura 10
Figura 11
Figura 12
Figura 13 http://es.wikipedia.org/wiki/Lept%C3%B3n
Figura 14 http://es.wikipedia.org/wiki/Bari%C3%B3n
Figura 15
Figura 16
Figura 17
Figura 18
Figura 19
Figura 20 http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Spacetime_curvature.png
Figura 21 http://acer.forestales.upm.es/basicas/udfisica/asignaturas/fisica/electro/fuerza_electr.html
Figura 22 http://es.wikipedia.org/wiki/Campo_el%C3%A9ctrico
Figura 23 http://es.wikipedia.org/wiki/Electromagnetismo
Figura 24
Figura 25
Figura 26 http://www.particleadventure.org/spanish/resid_strongs.html
Figura 27
Figura 28
Figura 29
Figura 30 http://www.elenciclopedista.com.ar/la-fisica-de-particulas-y-las-interacciones-fundamentales
Figura 31
Figura 32 http://es.wikipedia.org/wiki/Electrost%C3%A1tica
Figura 33
Figura 34
Figura 35
Figura 36 http://es.wikipedia.org/wiki/Bos%C3%B3n_de_Higgs
Figura 37 httpwww.fgcsic.eslychnoses_ESarticulosboson_de_higgs
Figura 38
Figura 39 http://www.tumblr.com/tagged/particle%20physics?language=es_ES
Figura 40 http://es.wikipedia.org/wiki/Ley_de_la_inversa_del_cuadrado
Figura 41 http://es.wikipedia.org/wiki/Materia_oscura
Figura 42 http://www.rtve.es/noticias/20111212/boson-higgs-preguntas-respuestas/481442.shtml
Figura 43
Figura 44
Tabla 1 http://www.wolframalpha.com/
Tabla 2 http://www.wolframalpha.com/
Viñeta 1
Viñeta 2 http://mrpac.tumblr.com/post/26490881189
Viñeta 3 Captura propia. The Simpsons. Temporada 8, episodio 163.
*No son fuentes de información, sólo utilicé las imágenes, las sacaba de Google imágenes a medida que las necesitaba (todo muy lindo...hasta que puse fermión
)
