En julio de 2012, se hizo un descubrimiento importante en el campo de la física. Los físicos finalmente resolvieron el misterio que los había preocupado durante más de 40 años. Cuando todos se dieron la mano y celebraron con entusiasmo, un anciano lloró. Este hombre era Peter Higgs. Su predicción de una nueva partícula elemental, una adición necesaria a la familia de partículas elementales en el Modelo Estándar de Física, resultó ser correcta.
El descubrimiento del bosón de Higgs es particularmente emocionante porque ha sido promocionado como la "partícula de Dios". Pero ¿por qué tiene un apodo tan sensacionalista? La fuerza de la naturaleza
Si las redes sociales nos han enseñado algo es que las ideas en una cultura se difunden a un ritmo exponencial, pero también lo hacen los malentendidos. Sin comprender el contexto, incluso la comedia parece convertirse en tragedia. ¿Podría el descubrimiento de la Partícula Divina demostrar finalmente que Dios existe?
Cuando pronuncias las palabras “partícula de Dios” en una conversación con un físico, no te sorprendas si él o ella responde con una mueca. Para disgusto de los físicos, la palabra está ahora inextricablemente entrelazada con las partículas. Para un físico, esto es una exageración innecesaria. Peter Higgs prefiere llamarla la partícula más buscada en física. Pero ¿por qué estamos tan desesperados por encontrarlo?
Las partículas elementales del Modelo Estándar se pueden dividir en fermiones y bosones. Los fermiones son las partículas que forman la materia, mientras que los bosones son partículas que transmiten las fuerzas entre la materia. A finales de la década de 1950, los científicos demostraron que la materia y la radiación pueden exhibir un comportamiento tanto de partícula como de onda. Esto se llama dualidad onda-partícula.
Por lo tanto, cada partícula está asociada a un campo o perturbación correspondiente "portado" por la partícula.
Por ejemplo, la repulsión y atracción entre dos imanes son fuerzas electromagnéticas, pero quizás no sepas que este campo magnético es transportado por fotones, su partícula análoga. Si bien podemos detectar un campo magnético a partir del movimiento de un imán, no se puede decir lo mismo de las partículas que lo transportan. Esto se debe a que las partículas de fuerza o bosones son invisibles o virtuales.
El Modelo Estándar describe tres de las cuatro fuerzas fundamentales de la naturaleza. En orden de fuerza, se pueden enumerar como el campo fuerte que une los núcleos atómicos y es transportado por los gluones, más comúnmente, el campo electromagnético transportado por los electrones y el campo débil transportado por las partículas W y Z que causan la desintegración beta y reacciones de fusión nuclear.
Se cree que una partícula hipotética llamada gravitón transporta la gravedad, la cuarta fuerza fundamental, pero todos los intentos de incorporarla a los modelos y completar el rompecabezas han fracasado. Para los físicos, la incapacidad de encajar todo en un todo ha sido una fuente de frustración. La búsqueda de la simetría
Los físicos anhelan la certeza. Quieren la capacidad de predecir y observar cómo se desarrollan los acontecimientos lentamente. El Modelo Estándar nos permite describir el comportamiento de partículas de una milésima parte del tamaño de un núcleo atómico, pero aún no están satisfechos.
Entre estas fuerzas, existe una clara asimetría. El alcance del electromagnetismo es infinito, pero el alcance de la fuerza débil no lo es. Los físicos creen que existe una simetría, que hay una fuerza que es más fundamental que las cuatro fuerzas fundamentales. Consideraron que las cuatro fuerzas eran las corrientes de un delta que se separaban de un solo río. Por lo tanto, todas las diferentes fuerzas son manifestaciones de una fuerza, que fue la primera fuerza que surgió después del Big Bang.
Aunque actualmente no se tiene en cuenta la gravedad, esperamos lograr la simetría o fusionar las tres fuerzas restantes en una fuerza que llamamos Gran Fuerza Unificada (GUF). Sin embargo, tales simetrías sólo pueden observarse en energías gigantescas o Gran Energía Unificada, un tipo de energía creada después del Big Bang.
Para detectar GUF, ¡necesitamos un acelerador de partículas tan grande como el sistema solar! Entonces, los físicos pensaron que lo mínimo que podían hacer era combinar las fuerzas electromagnética y débil en la "fuerza electrodébil". Esperan que los aceleradores de partículas desarrollados en los próximos años sean lo suficientemente potentes como para detectar la fuerza electrodébil.
La razón por la que la fuerza débil no se extiende como la fuerza electromagnética es que, a diferencia de los fotones, las partículas de fuerza débil son muy grandes.
Debido a que su masa los mantiene estancados, no se mueven. A finales de la década de 1960, Steven Weinberg combinó con éxito las dos teorías y creó la teoría electrodébil. Predijo por primera vez las partículas W y Z y calculó sus masas. Dieciséis años después, la Organización Europea para la Investigación Nuclear (CERN) los detectó con éxito y descubrió que su masa era aproximadamente 100 veces la de un protón, lo que no estaba muy lejos de la predicción original de Weinberg.
El descubrimiento de la partícula de fuerza débil es histórico, pero nuestra investigación aún no está completa. Sólo siendo capaz de explicar qué causa la asimetría y qué causa una gran cantidad de partículas de fuerza se podrá establecer un marco teórico electrodébil completo. Nasty Particles
Peter Higgs propuso la existencia de un nuevo campo de fuerza fundamental, una interacción que inyecta masa en partículas de campo débil. El omnipresente campo de fuerza acabó conociéndose como campo de Higgs, y su partícula asociada pasó a denominarse bosón de Higgs. Higgs pensó que las partículas W y Z interferirían con este campo y crearían masa, mientras que los fotones atravesarían el campo de una manera diferente y no crearían masa.
Sorprendentemente, el campo de Higgs no sólo da como resultado la masa de partículas de fuerza, sino también de partículas de materia. Aunque los mecanismos por los cuales la materia altera el campo de Higgs son diferentes, esto significa que sin el campo de Higgs no habría masa. Sin masa, los protones no tendrían movimiento opuesto, no se detendrían, no se reunirían ni formarían materia, sino que viajarían a través de ella. a la velocidad de la luz. Sin él, no existiríamos. Por tanto, el descubrimiento del bosón de Higgs es realmente importante.
Sin embargo, sin evidencia, una teoría es sólo especulación. El bosón de Higgs es notablemente esquivo y detectar el campo de Higgs requiere mucha más energía de la que pueden proporcionar los aceleradores ordinarios. Además, una mayor energía trae consigo mayores riesgos y costos. Nadie puede garantizar que aceleradores más grandes lo detecten. ¿Qué pasa si todo el esfuerzo, los altos gastos y el tiempo irrevocable resultan inútiles?
Veinte años después, los físicos todavía no saben nada. En 1993, los físicos estadounidenses Leon Lederman y Dick Teresi escribieron un artículo "La partícula divina: si el universo es la respuesta, ¿cuál es la pregunta?" 》. Curiosamente, el título original era "La maldita partícula", lo que refleja la inmensa frustración de los físicos por no haber podido encontrarla durante casi 20 años. Sin embargo, el editor no estuvo de acuerdo y el autor luego cortó la palabra a "Dios". Como resultado, el nombre se quedó. Como un parásito responsable que no parece irse pronto.
Las malas interpretaciones se malinterpretan y surgen conspiraciones. Cuando comenzó el desarrollo del Gran Colisionador de Hadrones (LHC) en 2005, circulaban conspiraciones confusas. Algunas personas piensan que los físicos han abierto la puerta al infierno.
Los físicos han descubierto nuevas partículas elementales más pequeñas estudiando los fragmentos dispersos en colisiones de partículas a alta velocidad. Esto es similar a estudiar la estructura interna de un televisor examinando los fragmentos en los que se rompió después de ser arrojado desde lo alto de un edificio. En 2012, el LHC, el acelerador de partículas más potente jamás construido por la humanidad, hizo colisionar protones a una velocidad cercana a la de la luz y finalmente descubrió el tan buscado bosón de Higgs, que resultó estar escondido en su interior.
El descubrimiento del campo de Higgs es sólo el comienzo. Especulamos que muchas "versiones" de este campo eventualmente establecerán no sólo simetrías, sino también las llamadas supersimetrías, un Modelo Estándar extendido que promete llenar los vacíos restantes. Esto también incluye la composición de la materia oscura, que actualmente parece ser incluso más esquiva que el campo de Higgs.
Partícula de Dios o no, este descubrimiento es innovador y quizás uno de los descubrimientos más importantes de nuestra corta historia. Nuestros antepasados partieron armados de palos, pero sobre todo con curiosidad, siguiendo parches de agua a lo largo de grava húmeda hasta arroyos, escalando acantilados y siguiendo arroyos hasta estanques que ahora hemos rastreado arduamente. Cuatro grandes ríos.
En este tiempo, hemos forjado herramientas que, como dijo el escritor británico de ciencia ficción Arthur Clarke, son indistinguibles de la magia.
Pronto seguiremos el río hasta el "gran río" final, anclaremos nuestros palos al suelo junto a él y reflexionaremos sobre nuestra épica peregrinación. Entonces podremos dejar de preguntarnos “cómo” y empezar a preguntarnos “por qué”.