Fanse 10 anos do descubrimento do bosón de Higgs

Os progresos realizados dende entón no Gran Colisionador de Hadróns do CERN permitiron dar enormes pasos na comprensión do universo

Físicos no CERN durante o anuncio do descubrimento do bosón de Higgs en 2012. Foto: CERN
Físicos no CERN durante o anuncio do descubrimento do bosón de Higgs en 2012. Foto: CERN

Hai exactamente 10 anos, o 4 de xullo de 2012, as colaboracións ATLAS e CMS no Gran Colisionador de Hadróns (LHC) do CERN anunciaron o descubrimento dunha nova partícula con características consistentes coas do bosón de Higgs. O descubrimento supuxo un fito na historia da ciencia e acaparou a atención mundial.

Un ano máis tarde, honrouse a François Englert e Peter Higgs co Premio Nobel de Física, pois xa na década de 1960, e xunto ao defunto Robert Brout, predixeron a existencia dun novo campo fundamental, coñecido como campo de Higgs, que enche o universo, maniféstase como o bosón de Higgs e dá masa ás partículas elementais.

O achado foi un fito monumental na física de partículas

FABIOLA GIANOTTI, directora xeral do CERN

“O descubrimento do bosón de Higgs foi un fito monumental na física de partículas. Marcou o final dun longo camiño de investigación que durou décadas e o comezo dunha nova era de estudos centrados nesta partícula tan especial”, explica Fabiola Gianotti, directora xeral do CERN e portavoz do experimento ATLAS no momento do descubrimento. “Recordo con emoción o día do anuncio, un día de inmensa alegría para a comunidade mundial experta en física de partículas e para todas as persoas que traballaron incansablemente durante décadas para facer posible este descubrimento”.

Como foi o camiño ata o de agora?

A nova partícula descuberta polas colaboracións internacionais ATLAS e CMS en 2012 parecíase moito ao bosón de Higgs predito polo modelo estándar. Pero, tratábase realmente desa partícula tan buscada? Tan pronto como se produciu o descubrimento, ambas as colaboracións comezaron a investigar en detalle se as propiedades da partícula que descubriran coincidían realmente coas características que predicía o modelo.

Utilizando datos recollidos durante o fenómeno de desintegración desta nova partícula en dous fotóns, os experimentos demostraron que non ten momento angular intrínseco, ou espín cuántico, o que coincide coas predicións do bosón de Higgs que se obteñen co modelo estándar. En cambio, todas as demais partículas elementais coñecidas si teñen espín.

Os experimentos demostraron que o bosón de Higgs coincide coas predicións do modelo estándar

Por outra banda, ao observar que os bosóns de Higgs se producen e desintegran en pares de bosóns W ou Z, ATLAS e CMS confirmaron que estes últimos adquiren a súa masa a través das súas interaccións co campo de Higgs, tal e como predixo o modelo estándar.

Os experimentos tamén demostraron que o quark top, o quark bottom e o leptón tau, que son os fermións máis pesados, obteñen a súa masa polas súas interaccións co campo de Higgs, de novo como predixo o modelo. Estas observacións tamén confirmaron a existencia dunha interacción ou forza chamada interacción de Yukawa, que forma parte do modelo estándar, pero é diferente a todas as demais forzas: está mediada polo bosón de Higgs e a súa forza non está cuantizada, é dicir, non vén dada por múltiplos dunha determinada unidade.

ATLAS e CMS mediron a masa do bosón de Higgs obtendo como resultado o valor de 125 mil millóns de electronvoltios (125 GeV), cunha impresionante precisión de case un por mil. Coñecer este valor é importante, pois xunto coa masa da partícula elemental máis pesada coñecida, o quark top, e outros parámetros, a masa do bosón de Higgs pode axudarnos a determinar a estabilidade do baleiro do universo.

Moita investigación por diante

Que queda por aprender sobre o campo de Higgs e o bosón de Higgs dez anos despois? Moito. O campo de Higgs dá tamén masa aos fermións máis lixeiros ou podería haber outro mecanismo en xogo? É o bosón de Higgs unha partícula elemental ou composta? Pode interactuar coa materia escura e revelar a natureza desta misteriosa forma de materia? Que xera a masa do bosón de Higgs? Ten ‘xemelgos’ ou ‘parentes’?

Atopar as respostas a estas e outras preguntas non só contribuirá á nosa comprensión do universo nas súas escalas máis pequenas, senón que tamén pode axudarnos a desvelar algúns dos maiores misterios que encerra o universo no seu conxunto, por exemplo, como chegou a ser como é e cal podería ser o seu destino final.

“O propio bosón de Higgs pode apuntar a novos fenómenos, incluíndo algúns que poderían ser responsables da materia escura no universo”, di o portavoz de CMS, Luca Malgeri. “ATLAS e CMS están a realizar moitas buscas para sondar todos os tipos de procesos inesperados que involucran ao bosón de Higgs”.

Pode apuntar a novos fenómenos, incluíndo algúns que poderían ser responsables da materia escura no universo

LUCA MALGERI, portavoz de CMS

Mentres que as respostas a algunhas destas preguntas poderían ser proporcionadas polos datos recollidos durante o próximo e inminente Run 3 do LHC ou en posteriores períodos de funcionamento do acelerador, crese que as respostas a outros enigmas están fóra do alcance do LHC, requirindo unha futura “fábrica de Higgs”. Por esta razón, o CERN e os seus socios internacionais están a investigar a viabilidade técnica e financeira dunha máquina moito máis grande e potente, o Futuro Colisionador Circular (FCC).

“Os colisionadores de alta enerxía seguen sendo o microscopio máis potente do que dispoñemos para explorar a natureza ás escalas máis pequenas e descubrir as leis fundamentais que rexen o universo”, afirma Gian Giudice, xefe do departamento de Teoría do CERN.

Participación española no descubrimento de Higgs

A comunidade investigadora española tivo, e continúa tendo, un papel moi importante nas colaboracións ATLAS E CMS do CERN, os experimentos que anunciaron o avistamento do bosón de Higgs o 4 de xullo de 2012.

Desde a posta en marcha do detector ATLAS participan nel investigadores do Instituto de Física de Altas Enerxías (IFAE), Instituto de Física Corpuscular (IFIC), Instituto de Microelectrónica de Barcelona (IMB-CNM) e da Universidade Autónoma de Madrid (UAM).

Doutra banda, a presenza nacional tamén despunta no programa CMS desde os inicios deste experimento. Destacan os grupos do Centro de Investigacións Enerxéticas, Ambientais e Tecnolóxicas (CIEMAT), Instituto de Física de Cantabria (IFCA), Universidade Autónoma de Madrid (UAM) e da Universidade de Oviedo (UO). Máis recentemente incorporáronse á colaboración CMS investigadores do Instituto Tecnolóxico de Aragón (ITAINNOVA) e do Centro Nacional de Microelectrónica (CNM).

Carlos Lacasta, investigador no IFIC, e Celso Martínez, investigador no IFCA, son actualmente os representantes españois de ATLAS e CMS, respectivamente. Este posto desígnase como National Contact Physicist e a persoa ao cargo fai de contacto entre cada colaboración e España. Nas seguintes liñas, Lacasta e Martínez contan para o CPAN que supuxo o descubrimento do bosón de Higgs e como se viviu este fito desde España.

Unha noticia perenne

“O descubrimento do bosón de Higgs é unha noticia que se manterá viva durante moito tempo: sempre se lembrará que en xullo de 2012 o CERN mostrounos que aparecera unha partícula de 125 GeV, moi parecida ao bosón de Higgs, en dous experimentos distintos, ATLAS e CMS, e alí mesmo estaban dúas das tres persoas que pensaran nese bosón case 50 anos antes, Englert e Higgs”, explica Martínez. “Para todo o mundo foi moi importante, pero para Teresa Rodrigo foi algo moi especial, ao ser a Chairperson da Colaboration Board de CMS”, engade lembrando á súa defunta compañeira, tamén investigadora no IFCA.

“O descubrimento do bosón de Higgs é e foi moi importante por varios motivos. O primeiro e fundamental é que é un tipo de partícula que nunca se viu nun detector ata o de agora. Ademais, pensamos que é unha partícula fundamental, é dicir, que non está formada por outras. Descubrimos algo que, aínda que estaba “anunciado” desde había moito, é realmente novo e necesitamos poñer o foco en coñecer as propiedades desta nova partícula”, destaca Lacasta.

E continúa: “O segundo motivo é a súa propia historia. Predíxose alá por 1964 para resolver un problema que tiñan os modelos teóricos á hora de calcular os valores numéricos dos observables que podiamos medir nos experimentos. Introducir o bosón de Higgs permitía facer eses cálculos. Agora, había que atopalo e, cos coñecementos e a tecnoloxía que tiñamos entón, xa se barruntaba que non ía ser tarefa fácil.”

Un camiño nada fácil

“Tras buscar —sen éxito— o bosón de Higgs no Gran Colisionador de Electróns e Positróns (LEP, polas súas siglas en inglés), o antecesor do LHC, sabiamos que no LHC algo tiña que aparecer. E así foi: a finais de 2011 vimos que na zona de 125 GeV había ‘algo’ do que poder tirar. As reunións nas que compartiamos as análises relacionadas co bosón de Higgs facíanse cada vez máis frecuentes, ata que nos últimos meses se facían a diario. Ao final sabiamos que aí estaba o bosón de Higgs… Non había outra solución”, explica Martínez para o CPAN.

Dos 50 anos que custou “atopar o bosón de Higgs”, 30 dedicáronse a deseño e construción

CARLOS LACASTA, do IFIC

Pola súa banda, Lacasta subliña o desenvolvemento tecnolóxico que se necesitou para atopar este bosón: “A procura do bosón de Higgs non foi fácil en absoluto. De feito, custou 50 anos conseguilo. O Higgs é unha partícula predita por un modelo teórico incapaz de predicir que masa ten dita partícula e, por tanto, había que empezar a buscala sen saber que enerxía debían ter os aceleradores para producilo. Para que vos fagades unha idea dos retos tecnolóxicos aos que houbo que facer fronte, direivos que dos 50 anos que custou “atopar o bosón de Higgs”, 30 dedicáronse ao deseño e construción do acelerador (o LHC) e os detectores (ATLAS e CMS) que o avistaron por primeira vez”, engade.

Unha emoción singular e inexplicable

“Durante o descubrimento houbo moita emoción, resultado dun esforzo titánico a nivel internacional non só para desenvolver as tecnoloxías que o fixeron posible, senón para ‘xestionar’ as propias colaboracións internacionais, cuxo número de participantes medrou abruptamente nas últimas décadas. Desde España foi tamén moi especial. A comunidade española investigadora desempeñara papeis moi importantes nalgúns dos aspectos do deseño, construción e operación dos detectores e na xeración de algoritmos para buscar e atopar entre os millóns de eventos producidos aqueles nos que podía haber un bosón de Higgs”, di Lacasta.

“As reunións, análises, contranálises e os candidatos reais a bosón de Higss, que eran revisados un a un, mantivéronnos moi atarefados en 2011 e 2012, pero vivímolo con moita ilusión. Descubrir unha partícula é algo que poucas veces pode ocorrer na vida dun físico experimental de partículas”, apunta Martínez. Lacasta comparte a súa emoción: “Un non sempre pode dicir que contribuíu ao descubrimento dunha nova partícula, así que xa vos podedes imaxinar a emoción do momento”.

DEIXAR UNHA RESPOSTA

Please enter your comment!
POLÍTICA DE COMENTARIOS:

GCiencia non publicará comentarios ofensivos, que non sexan respectuosos ou que conteñan expresións discriminatorias, difamatorias ou contrarias á lexislación vixente.

GCiencia no publicará comentarios ofensivos, que no sean respetuosos o que contentan expresiones discriminatorias, difamatorias o contrarias a la ley existente.

Please enter your name here

Este sitio emprega Akismet para reducir o spam. Aprende como se procesan os datos dos teus comentarios.