2007/01/08

El mecanismo de Higgs: la creación de la masa en el Universo.

“Los dioses crearon al mundo con alguna imperfección simétrica. Esto, con el objetivo de que los humanos no sintieran envidia de sus poderes”. Richard Feynmann (Premio Nobel de Física)


Conforme nos acercamos a comprender el mismo instante del Big Bang, crece nuestra excitación, nos da la sensación de que casi parece que tocamos el momento de la creación. Ese sentimiento es el que debe haber experimentado la persona que bautizó a la partícula llamada bosón de Higgs como partícula Dios, por ser la partícula cuántica asociada a un campo escalar llamado de Higgs, capaz de conferir masa al resto de las partículas y a la propia (podría haber recibido también el nombre de otros colegas como Brout, Engler o Kibble, como reconoce el propio Peter Ware Higgs).

En un estado inicial unificado y simétrico (las cuatro fuerzas constituían una sola fuerza unificada y simétrica) existirían unos campos asociados con partículas de interacción sin masa. La idea fundamental del mecanismo de Higgs consiste en introducir un nuevo campo escalar que ofrece la propiedad de no anularse en el vacío, pues anularlo costaría energía. El estado inicial simétrico sería similar a lo que ocurre en la figura, la base de una botella de vino. Si situamos en el punto superior de la base una bolita, nos encontraremos con una situación perfectamente simétrica pero inestable (campos sin masa). De forma espontánea, esta simetría tenderá a romperse en dirección de una situación final no simétrica pero con menor energía potencial, la bolita descansará en la parte más baja de la base (campos con partículas asociadas con masa).

Una simetría puede ser perfecta en el plano de las ecuaciones y resultar rota en el plano de las soluciones. Como decía Weinberg: «Aunque una teoría postule un alto grado de simetría, no es necesario que los estados de las partículas muestren la simetría. Nada me parece tan halagüeño en física como la idea de que una teoría puede tener un alto grado de simetría que se nos oculta en la vida ordinaria».


La teoría que unifica las interacciones electromagnéticas y débil se debe a Glashow, Salam y Weinberg que obtuvieron por ella el Premio Nobel de física de 1979. La dificultad esencial de esta teoría es que los bosones del estado inicial simétrico debían ser de masa nula (masa nula de los bosones de interacción origina una fuerza a gran distancia), mientras que se necesitan bosones intermedios (partículas que originan la fuerza) muy masivos para justificar la interacción débil (corto alcance) . El mecanismo de Higgs, permite resolver esa dificultad, mediante la ruptura espontánea de simetría hace masivos los bosones W y Z (interacción débil) y mantiene nula la masa del fotón (interacción electromagnética).

En la física de estado sólido encontramos algunos mecanismos similares. Cuando un metal se encuentra sometido a un campo magnético, y se le enfría hasta convertirlo en superconductor, las líneas del campo son expulsadas brutalmente del superconductor, por la formación de un campo escalar formado por pares de electrones (dos fermiones de espín ½ , o pares de Cooper) que constituyen bosones de espin 0. El campo magnético penetra en el semiconductor en una capa muy fina. El espesor de ésta corresponde a un alcance efectivo del campo magnético que se comporta así como un campo masivo. En las interacciones débiles, el vacío representa el papel del semiconductor, el campo de Higgs, el papel del campo de los pares de Cooper, y el campo de interacción débil, el campo magnético.



En noviembre de 2007 se pondrá en funcionamiento el mayor acelerador del mundo, el LHC (Large Hadron Collider) que investigará la razón de que exista la masa de las partículas y tratará de descubrir el bosón de Higgs. Se encuentre o no se encuentre esta partícula, significará un antes y un después en el conocimiento más íntimo de la materia. En la figura se observa el electroimán superconductor más grande que existe, el ATLAS. Forma parte del LHC, en el laboratorio internacional de física de alta energía CERN en Ginebra.

20 comentarios:

Félix Jorge dijo...

No pongas espacios detrás de los paréntesis de apertura ni delante de los de cierre, en según que pantallas y tamaños de letra quedan en diferente línea que la palabra a la que deberían ir unidas.

Salvador dijo...

Gracias Félix Jorge, creo que ya lo he corregido. Saludos.

Alejandro dijo...

Esa cita de Feynmann me recuerda a una de Borges:

Nosotros (la indivisa divinidad que opera en nosotros) hemos soñado el mundo. Lo hemos soñado resistente, misterioso, visible, ubicuo con el espacio y firme en el tiempo; pero hemos consentido en su arquitectura tenues y eternos intersticios de sinrazón para saber que es falso.

Saludos.

Salvador dijo...

Una cita preciosa. Saludos.

Anónimo dijo...

Estimado Salvador:

Parece un absurdo plantearse una existencia o dimensión sin tiempo ya que parece improbable ningún acontecimiento, sin embargo la idea de contrario nos permite situar al tiempo como "la esencia" por la cual, sin ir más lejos, el mecanismo de Higgs tiene lugar.

Más allá de la regla o medida del espacio recorrido por la luz, el tiempo como un total que nos permite ser, desarrollar, transformar...

¿Nos podemos plantear al tiempo como a un absoluto al cual no le haga falta estar unido a un espacio?

...¿es posible plantearlo como una "forma"(sin serlo)?

¿Cómo podría ser la evolución de esta "forma" por la cual la realidad que nosotros percibimos e intentamos entender se transforma y en su "vida" el espacio "vive"?

Gracias
Fran J.

Salvador dijo...

Existe una interesante teoría de Hartle-Hawking sobre que el Universo es autoconsistente y sobre un tiempo imaginario matemático. El espacio-tiempo no tendría límites, como una esfera. Puedes encontrarlo en varias web, busca "hartle-Hawking tiempo imaginario".
Un saludo.

An0n!m0 dijo...

chicos ustedes son unas weas de nerds lame culos, es decir ke lamen culos, les ponen un culo y lo lamen

G Salem dijo...

Muchas filosofías esotéricas de la nueva era, gurus, sacerdotizas wicca, y hasta curanderos vodu, alegan que la física cuántica respalda sus creencias,

Y todo gracias a la torpeza de ciertos científicos que se dan rienda suelta especulando en los vacíos de esta y. a veces de una manera
irresponsable.

El resultado es que hasta los sacerdotes de el vodú ya se senten con
respaldo científico

TODA LA FILOSOFIA DE RAMTHA. ACERCA DE EL VACIO Y PUNTO CERO
(Toda completa, compacta y de la forma mas clara )

TODA LA FILOSOFIA ISHA
(Toda completa, compacta y de la forma mas clara )

THE ONE Según la filosofía del autor de el libro Conversaciones con Dios.

VISITA: http://www.rasonu.com/

Ramon Marquès dijo...

Stephen Hawking dice: “Sería mucho más interesante que no halláramos el bosón de Higgs: Mostraría que algo no funciona y que debemos revisar nuestro conocimiento. Me he jugado 100 dólares a que no lo encontramos”.
Yo estoy totalmente de acuerdo con esta opinión de Stephen Hawking. Y creo que sería bueno que la Física ralentizara la furia matemática y dejara descansar a los aceleradores para ejercitarse en un estudio que dejara fluir la intuición en temas como: el espacio que llamamos “vacío”, la gravedad, la inercia, la masa, las fuerzas interactivas, el big-bang que presuntamente empezó en un punto, la segunda ley de la termodinámica…
Bueno, por lo menos está permitido soñar que pueda ser. Ramon Marquès.

Salvador dijo...

Curiosamente mi próximo post iba a tratar sobre esa apuesta de hawking. Estoy contigo en lo que dices. Un saludo.

Ramon Marquès dijo...

Salvador: Muchas gracias por tus amables palabras. Por si te interesa acabo de publicar "Nueva Cosmología. Un giro copernicano", en ediciones Indigo. Es que hace muchos años que estoy en el tema, desde un punto de vista conceptual, lo cual no suele estar bien visto en los medios académicos, pero es lo que hay y me siento muy orgulloso de ello y del giro copernicano. Ramon Marquès

Ramon Marquès dijo...

Es que eso de que las partículas surjan de un punto, en el big-bang, y tengan energía y velocidad para siempre, no le hubiera gustado a Aristóteles, que decía que todo lo que se mueve tiene una causa moviente. Ramon Marquès

Alejandro Álvarez Silva dijo...

Muy interesante el artículo por la claridad en su exposición. En mi Blog "Simbiotica" (http://simbiotica.wordpress.com/) aparece el artículo: "El bosón de higgs:Justificación física". Describe, desde el punto de vista de la formulación física, la importancia del mecanismo de Higgs y la necesidad de la búsqueda del bosón de Higgs. Saludos

Anónimo dijo...

Sobre los orígenes
Las cosas las veo así; el poderoso señor del universo es el Caos ; el tiene dos hijos dilectos; el Azar y la Entropía.
Unidos y enfrentados a la vez , como tantos padres e hijos.
El caos vive de la vorágine de su energía infinita , de su anarquía; sin leyes , sin controles ; solo su poder sin limites.
El Azar su hijo varón; lo respeta, pero tiene sus propios objetivos ; mezcla todo , combina todo ; arrogancia sin limites; imaginación sin limites ; crea la vida , la destruye , combina materia , energía ; es un creador de imposibles ; logra la evolución ; la anarquía lo perturba, la necesita y la rechaza. Es el padre de la vida, de las especies, de la inteligencia superior; su padre es su aliado y su enemigo.
Por otro lado la dulce Entropía ; la hija dulce , previsible , la que quiere y necesita el orden , la paz , la quietud.
Ella marca los límites , baja el fragor de la batalla, lleva todo a la quietud , sosiega; permite que las cosas se desarrollen y alcancen sus potenciales.
Es la madre que preserva.
La titánica lucha esta en todas partes.
Los 3 se necesitan.
Pero solo habrá un vencedor.
El poder genera las condiciones de su propia destrucción; cuanto mas absoluto es ese poder , mas drastica sera su destrucción.
Simultanemente crece , crea y se autodestruye.
Pero ese es otro capitulo.
Guti (le Grand)

Ruben dijo...

Sobre el universo
Hace un tiempo , apareció en los medios un artículo referido al centro europeo de investigaciones físicas ; el CERN.
El artículo se refería a una máquina para la investigación sobre partículas sub atómicas.
Por un error en la traducción, en los medios se vio como la máquina de colisionar ladrones ; en vez de la máquina de colisionar Hedrones.
Se que hubo gran revuelo en algunas corporaciones y en diversos organismos públicos ; por ese motivo envié el pedido de corrección a los medios.
Muchachos quédense tranqui ; es solo un error de traducción.
Vuelta la tranquilidad a los espíritus ; me quede con la curiosidad de saber en que andaban los físicos.
Así que me puse a zapear hasta encontrar un programa que trataba temas de la física.
Interesante ; trataba de la evolución del universo, sus comienzos , su constitución etc.
El que menos tenia de los que allí estaba , cargaba con un premio Nobel.
Lo que vi y escuche me alarmo.
Los físicos , como los dentistas o los clérigos y otras 50 profesiones ; son unos sinvergüenzas o están de la nuca. Te diría mas , ya están a la
altura de alimañas como los abogados y los contadores (con perdon de los presentes).
Mirando el documental sobre la física y el pensamiento de los físicos ; aprendí lo siguiente: los físicos, cuando las cosas no cierran “las hacen cerrar”.
Me dije , estos desgraciados otra vez me van hacer pensar y exigir a mi pobre neurona.
Al día siguiente, cuando ya la tarde caía lánguida , me lleve el mate debajo de uno de los árboles del fondo de mi casa y me puse a reflexionar al respecto.
He aquí mis conclusiones.
Los físicos son como las mujeres , adoran las modas y cuando algo no les cierra entre sus matemáticas y las creencias de moda , sacan conejos de la galera.
Hace muchos años a Einstein le paso algo así , el estaba convencido que el universo era estático y como a partir de su Relatividad General , sus matemáticas y la realidad , la cosa no cerraba , no se le ocurrió mejor idea que encajar de prepo una constante en sus ecuaciones , la llamo Constante Cosmológica y todo pareció cerrar ; santo remedio pensó.
Pero hete aquí, que se descubrió que el universo no era estático, que se expandía y la moda cambio , se le cayó la estantería , pidió perdón por la susodicha constante y la física la escondió debajo de la alfombra.
Pasaron los años y otras modas , un buen día se desayunaron con que si bien el universo se expandía , no se ralentizaba como todos creían , sino que se aceleraba la diáspora .
Otra vez se pudrió todo, La gravedad no estaba frenando al universo , algo lo aceleraba , las ecuaciones otra vez no cerraban , miraron debajo de la alfombra y recordaron a la Constante Cosmológica , fantástico dijeron ,, desempolvaron el cuadro de Einstein y metieron la constante en las nuevas formulas , menos mal ahora otra vez todo parecía en su sitio.
Como de costumbre, la estupida realidad se les cayo encima ; no parecía alcanzar ni la masa ni la energía de todo el universo conocido para explicar muchos fenómenos y la constante fastidiosa , traía consigo algo mas ; era necesario para que todo cerrara que hubiera algún otro tipo de materia, que no se veia por ningun lado, oscura desconocida que explicara por ejemplo la forma y comportamiento de las galaxias ; así que ni cortos ni perezosos , sacaron otro conejo de la galera ; esa masa oscura desconocida e inencontrable , debía ser mucho mas abundante que la materia común , no importa, no les tembló el pulso , así que la encajaron en las formulas y chau picho.
Siguieron con sus cálculos y modelos y oh sorpresa las cosas no daban , la podrida realidad seguía fastidiándolos.
Esto no se podía aceptar ; que falta? preguntaron y los mas imaginativos , dijeron algo así como que faltaba una energía oscura para que haga juego con la nueva y misteriosa materia ; se quedaron pensándolo un poco y dijeron , ma si , si ya le encajamos a las formulas la materia oscura misteriosa , encajémosle esto otro.
Eso otro resulto que aun debía ser mucho mas abundante que las otras dos cosas juntas , no le tembló el pulso.
Resultado : La vieja materia y energía tan conocidas y queridas , pasaron a ser nada , poco menos que un poco de suciedad en el universo.
Este conjunto de cosas oscuras e inencontrables parecen comportase de manera muy curiosa ; dentro de las galaxias , refuerzan la gravitación , pero fuera de ellas las separa a unas de otras , funcionan como antigravedad , las empuja.
Todo esto es porque como el universo se expande cada vez mas rápido , intuyen que algo empuja y como no se imaginan que otra cosa pueda ser , están felices con sus cosas oscuras , desconocidas e inencontrables.
Me trague un bizcochito.
Mi neurona estallaba.
Pero encontré otra explicación posible , según yo (no tan modestamente claro) y mucho mas simple ; sin necesidad de tanta cosa misteriosa.
Mirémoslo así : imaginemos que no hay un solo universo sino dos , a uno lo llamaremos superuniverso y al otro el que conocemos universo a secas.
El superuniverso es infinito y esta totalmente vacío, no es la nada porque existe , pero se le parece.
El otro universo , el nuestro , es finito y lleno de toda clases de cosas. El universo conocido esta dentro del superuniverso ; tal vez esa partícula infinitamente pequeña que contenía a todo el universo era lo único que existía dentro del súper universo , de espacio puro e infinito; una basurita en el todo . En un instante estalló; el famoso Big Bang que le dicen ; ¿el motivo? ¿Quien sabe? ; tal vez la succión por presión negativa desde el súper universo ; el asunto es que comenzó todo ; en su lento camino hacia su desaparición final.
Como sabemos ,la materia y la energía no toleran el espacio vacío y tratan de llenar todos los espacios ; a su vez el vacío del superuniverso , funciona como una presión negativa respecto al universo y no hay fuerza de gravedad suficiente para contrarrestarla y al ser uno finito tanto en tamaño como en cantidades de materia y energía y el otro infinito , el universo se va poco a poco diluyendo en el súper universo .
Con un final previsible, no se si con pena , pero seguro que sin gloria.
La dulce Entropía juega la última baraja , se hace 0 (cero) y todo acaba.
No queda energía ni para prender una lamparita.
Como verán , no hay necesidad de ninguna cosa oscura y misteriosa.
El problema y las reticencias mentales, las generó Einstein con su teoría de la relatividad , según esa teoría el espacio existe en tanto y cuando exista materia , así que cuando se produce el Big Bang , a medida que se extendía la explosión se creaba el espacio y el tiempo ; la verdad , suena ridículo ( alguna vez, me voy a explayar en otro mensaje sobre este punto) , pero así están las cosas.
Entendamonos ; la materia influye en la dupla espacio tiempo ; eso lo sabemos ; lo raro es que jamás escuche a ningún físico decir, como seria lógico ; que la dupla espacio tiempo influye en la materia. Seria un caso único de interacción en un solo sentido.
Con Newton la cosa es más lógica , presume un universo infinito preexistente independiente de la materia y la energía, espacio puro , el superuniverso.
El cual en definitiva se va a tragar al otro.
La cosa cierra , simple, elegante.
Guti(le Grand)

Ruben dijo...

Por favor no se olviden del takion otra entelequia matematica llevada a la categoria de física teórica ; al mundo todas estas cosas le cuestan fortunas incalculables, cuando hay otras necesidades que cubrir.
Recuerdan la conspiracion Militar -industrial? ;de a cual hablaba Eisenhower. bueno hoy se podría hablar de conspiración del aparato científico - tecnológico.
Sino como se explica el delirante intento de venderle al mundo la conquista del inhabitable sistema solar?; con el cuento de que servira para conseguir un planeta alternativo.
Guti(le Grand)

José dijo...

José Miguel Ledesma
"La máquina de Dios" desde el tiempo de Galileo se empeña en negar la relatividad, en respaldar la hipótesis de un ente universal en el que la realidad estaría sumergida. Hoy se llama "campo de Higgs", también "espacio-tiempo", ayer "éter" y antes de ayer "espacio absoluto" y "sensorio divino". El LHC intenta lograr lo que no han podido muchísimos experimentos entre ellos el de Michelson-Morley: impugnar la relatividad, negar la nada, el vacío en serio que volatiliza dioses, ángeles, demonios y todo el trasmundo.

ivan dijo...

m Higgs = 7.010656197e+28 Kgs ?

Jose Manzano dijo...

Descubierto ya el Higgs, os recomiendo la lectura del libro de Alexander Unzicker "The Higgs Fake", expresa muy bien todo lo que se está comentando en este post. Decir que este libro está visto con terror por parte de los físicos oficialistas, esos que se las dan de poseedores de la verdad e imbuidos de no se que autoridad. Recomiendo sinceramente su lectura.

José dijo...

Ya que recomendamos libros, insisto en que lean The farce of physics, de Bryan Wallace. Sería suicidio para la élite que la verdad científica esté disponible para cualquiera.