Los físicos se acercan a la extremadamente corta vida del bosón de Higgs

1,6 x 10 -22 segundos es la vida útil del bosón de Higgs, una de las partículas más buscadas en el mundo subatómico. Este tiempo es tan corto que decenas de billones de bosones podrían vivir y morir antes de que la luz del dispositivo que estás usando para leer esto llegue a tus ojos.

Los científicos encuentran interesantes resultados sobre la búsqueda del bosón de Higgs.
Los científicos encuentran interesantes resultados sobre la búsqueda del bosón de Higgs.

Los físicos se están concentrando en esta vida en el mundo real. Al estudiar detenidamente los datos del Gran Colisionador de Hadrones (LHC) del CERN, los científicos han reducido la vida útil del bosón de Higgs a algo alrededor de esa cifra de 1,6 x 10 -22 segundos. Los científicos pudieron hacerlo gracias a uno de los detectores del LHC. Su trabajo es un avance importante, y es una señal de que, casi una década después del descubrimiento del bosón de Higgs, todavía hay bastante que aprender sobre la partícula.

Se teorizó por primera vez en la década de 1960 (su homónimo es Peter Higgs, un físico británico ganador del Nobel) pero eludió a los científicos durante décadas

"Este es un buen logro, un gran hito, pero es solo el primer paso", afirma Caterina Vernieri, física de partículas del Laboratorio Nacional Acelerador SLAC en California, quien ha trabajado con el grupo en el pasado, pero no estuvo involucrada con esta investigación actual.

El bosón de Higgs es la razón por la que muchas partículas tienen masa. Su historia involucra conceptos complejos llamados "campos cuánticos" y "ruptura de simetría" breve. Se teorizó por primera vez en la década de 1960 (su homónimo es Peter Higgs, un físico británico ganador del Nobel) pero eludió a los científicos durante décadas.

El gran colisionador de Hadrones se encuentra en Ginebra, Suiza.
El gran colisionador de Hadrones se encuentra en Ginebra, Suiza.

Romper las partículas a una energía cada vez más alta fue la clave de su descubrimiento, hecho posible por el LHC, donde las partículas circulan a través de un anillo de 17 millas de largo en la frontera franco-suiza. El LHC se puso en marcha en 2008. En 2012, los físicos que trabajaban allí encontraron las huellas dactilares de algo que podría haber sido el bosón de Higgs; a finales de 2013, habían determinado que sus resultados no eran solo ruido estadístico aleatorio.

El hecho de que los científicos hayan descubierto una partícula, o cualquier otra cosa, no significa que comprendan todas sus propiedades

La búsqueda del bosón de Higgs había terminado. Pero el hecho de que los científicos hayan descubierto una partícula, o cualquier otra cosa, no significa que comprendan todas sus propiedades.

Breves periodos de tiempo

Los físicos teóricos predijeron muchas de las propiedades del bosón de Higgs en las décadas anteriores a su descubrimiento. Si esas predicciones teóricas coinciden bien con lo que los científicos finalmente encontraron, entonces será una evidencia adicional de que el bosón de Higgs encaja en la teoría detrás de la física de partículas moderna, el llamado Modelo Estándar. Ayudaría a a aprender más sobre cómo funciona el universo en las escalas más pequeñas.

Pero los científicos están tratando de estudiar cosas que no se revelan exactamente al mundo. Las partículas como el Higgs, además de su diminuto tamaño, solo pueden mostrarse durante breves períodos de tiempo antes de descomponerse.

"Cuando se produce en nuestro experimento, en realidad no medimos el bosón de Higgs ni vemos uno, pero lo que vemos son los escombros ... de las partículas en las que se descompone"

“La vida útil del bosón de Higgs es extremadamente pequeña”, dice Vernieri. "Entonces, cuando se produce en nuestro experimento, en realidad no medimos el bosón de Higgs ni vemos uno, pero lo que vemos son los escombros ... de las partículas en las que se descompone".

Entonces, estudiaron minuciosamente los datos de los experimentos del LHC realizados entre 2015 y 2018. Al observar las partículas en las que se descompuso el bosón de Higgs, pudieron retroceder y encontrar un rango de masas que podría tenerlo. Gracias a una propiedad cuántica llamada principio de incertidumbre, ese rango es inversamente proporcional a la vida útil de la partícula, lo que permite a los físicos calcular la última a partir de la primera.

Sede de la Organización Europea para la Investigación Nuclear, donde se encuentra el LHC.
Sede de la Organización Europea para la Investigación Nuclear, donde se encuentra el LHC.

Según sus cálculos, la vida útil del bosón de Higgs se sitúa entre 1,2 x 10 -22 segundos y 4,4 x 10 -22 segundos. Esa es la estimación más precisa de la vida útil del bosón de Higgs hasta ahora, alineándose bien con el número de 1,6 x 10 -22 que predijeron los teóricos.

Y, sin embargo, no es lo suficientemente preciso para algunos físicos.

Mirar a través de todo un mar de partículas

Existe la posibilidad, por ejemplo, de que haya una partícula exótica extraña, actualmente desconocida, en la que se desintegra el bosón de Higgs, que el Modelo Estándar no tiene en cuenta. Eso influiría en la vida útil de éste, pero tan sutilmente que ni siquiera este cálculo podría detectarlo.

"Se espera que la precisión de la medición mejore en los próximos años con datos de las próximas ejecuciones del LHC y nuevas ideas de análisis"

Afortunadamente, los físicos de partículas creen que pueden mejorar en ese sentido. "Se espera que la precisión de la medición mejore en los próximos años con datos de las próximas ejecuciones del LHC y nuevas ideas de análisis", asegura Pascal Vanlaer, uno de los físicos detrás del proyecto.

La primera de esas próximas carreras es, según el plan, no muy lejana en el futuro. Desde 2018, el LHC ha estado cerrado durante un período prolongado llamado, apropiadamente, Apagado prolongado 2. Durante ese tiempo, el colisionador y las instalaciones circundantes del CERN se han sometido a una serie de mejoras. Tras una interrupción causada por la Covid-19, el colisionador está programado para encenderse nuevamente en febrero de 2022.

Una de las primeras colisiones de iones pesados ​​con haces estables registrada el 25 de noviembre de 2015.
Una de las primeras colisiones de iones pesados ​​con haces estables registrada el 25 de noviembre de 2015.

Hay muchas otras cosas sobre el bosón de Higgs que todavía no sabemos con certeza, desde cómo se produce hasta cómo reacciona a otras partículas y cómo interactúa consigo mismo. Para determinar esas características, ni siquiera el LHC puede ser lo suficientemente sensible.

“Producimos un bosón de Higgs cada mil millones de colisiones en el LHC”, apunta Vernieri, y a menudo, tratar de verlos significa tener que mirar a través de todo un mar de otras partículas. "Es un entorno muy desafiante para estudiar, con mucha precisión, la producción de partículas".

Fuente: Popular Science.

Los aceleradores de partículas se usan en numerosos campos de la Ciencia.

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