Descubrieron la partícula "bosón de Higgs"”

Publicado 13/07/2012 04:33

Ciencia y Tecnología

Investigadores israelíes entre los líderes del proyecto

Descubrieron la partícula "bosón de Higgs"” en el Laboratorio CERN

El largo y complicado viaje para
detectar el bosón de Higgs, que
 comenzó con un pequeño paso
hace unos 25 años,
probablemente
 ha llegado a su fin.
 Esto fue informado
 por los científicos del acelerador
 de partículas LHC en el
Laboratorio
 Europeo de Física de Partículas,
CERN, cerca de Ginebra.
El bosón de Higgs es la única de
 las piezas fundamentales del
“Modelo Estándar” que no se ha
 encontrado. Este describe la
 estructura de la materia en el universo.
El bosón de Higgs combina dos fuerzas de la naturaleza y
 muestra que ellas son, en realidad, diferentes aspectos de una
fuerza más  fundamental.
La partícula es también responsable de que las partículas
elementales  tengan masa.
Científicos del Instituto Weizmann han participado de manera
destacada en esta investigación desde sus inicios.
El Prof. Giora Mikenberg fue, durante muchos años, el director
del grupo de investigación que buscó
el bosón de Higgs en el experimento del OPAL del CERN.
 Después fue  el líder del proyecto Muon del ATLAS - uno de los
 dos experimentos que  finalmente encontraron la partícula.
El Prof. Ehud Duchovni encabeza
 el equipo del Instituto Weizmann que examina otras cuestiones clave
 en el CERN. El Prof. Eilam Gross es
 actualmente el coordinador del
 grupo de física  del Higgs del
ATLAS. En el equipo del Weizmann, tres
“generaciones” de científicos están
representadas: Mikenberg fue supervisor
 de Duchovni, quien fue, a su vez, supervisor
 de Gross.
Gross: “Este es el día más importante
 de mi  vida. He buscado el bosón de Higgs
 desde que era estudiante
en la década de los ochentas.
Incluso después de  25 años, todavía fue una sorpresa.
 No importa cómo lo llames - ya no estamos buscando el bosón
 de Higgs, ahora estamos tan  sólo midiendo sus propiedades.
Aunque yo creía que iba a ser encontrado, nunca soñé que iba
a suceder mientras sostenía un  alto cargo en el equipo global de
investigación”.
La mayoría de nosotros experimentamos el mundo como un lugar
diverso y complejo. Pero los físicos entre nosotros no se
conforman con la realidad visible. Ellos están tratando de llegar
 al fondo de esa realidad y ver si está, como ellos piensan,
basada en la absoluta simplicidad presente en el universo
temprano. Ellos esperan observar una serie de partículas
que son “conjuntos” de un puñado de partículas elementales.
 Los científicos tienen la esperanza de presenciar la unificación
de las cuatro fuerzas fundamentales de la naturaleza que actúan
 sobre estas partículas (la fuerza débil responsable por la
 radioactividad, la fuerza electromagnética, la fuerza nuclear
fuerte responsable por la existencia de protones y
neutrones, y la gravedad).
El primer paso en el camino de la unificación de las fuerzas
se completó con el probable descubrimiento de la partícula
 de Higgs: la unión de dos fuerzas elementales, la
electromagnética y la fuerza débil, en la fuerza electrodébil.

Uno de los aspectos del bosón de Higgs, llamado así por el

 físico escocés Peter Higgs, se manifiesta en que dota de

masa a los portadores de la fuerza débil: las partículas

 “W” y “Z”. (El portador de la fuerza electromagnética,

el fotón, no tiene masa).

La máquina más grande del mundo
Como parte del esfuerzo por descubrir el bosón de Higgs,
unificar las fuerzas fundamentales y comprender el origen
 de la masa en el universo, los científicos construyeron la
máquina más grande del mundo: un acelerador de partículas
 situado en un túnel circular de 27 kilómetros de largo, 100
metros por debajo de la frontera entre Francia y Suiza, en el
laboratorio de física de partículas europeo, el CERN,
 cerca de Ginebra.
Este acelerador, llamado “Gran colisionador de hadrones”
(LHC, por sus siglas en ingles), acelera haces de protones
hasta 99,999998% de la velocidad de la luz. De acuerdo con
 la teoría de la relatividad, sus masas a esta velocidad son
 7.500 veces mayor a sus masas en reposo. El acelerador
 enfoca los haces de protones uno contra el otro, provocando
 colisiones que liberan mucha energía, haciendo explotar a
los protones. Por mucho menos tiempo que un abrir y cerrar
 de ojos, se crean en el acelerador condiciones similares
a las que existían en el universo en la primera fracción de
 segundo después del Big Bang.
Como resultado, partículas de materia se convierten en
 energía, de acuerdo con la famosa ecuación de
Albert Einstein que describe la conversión de materia
 en energía: E = mc2. La energía se propaga a través
 del espacio y el sistema se enfría. (Algo similar ocurrió
 durante la evolución temprana del universo.)
Por lo tanto, la energía se convierte de nuevo en partículas
de materia y el proceso se repite hasta que partículas
que pueden existir bajo condiciones

“normales” son creadas.
Las colisiones producen partículas energéticas, algunas de las cuales existen por períodos muy cortos de tiempo. La única manera de discernir su existencia consiste en identificar las huellas que dejan. Para este propósito, una variedad de detectores de partículas fueron desarrollados, cada uno optimizado para detectar determinados tipos de partículas.

Un poco de estadística
La probabilidad de crear el bosón de Higgs en una sola
colisión es similar a la de extraer al azar,
de todas las plantas que crecen en la Tierra, una determinada
célula viva de la hoja de una planta. Para hacer frente a esta
 tarea, científicos del Instituto Weizmann, encabezado por el
Prof. Mikenberg, desarrollaron detectores de partículas
especiales, los cuales fueron fabricados en el Instituto, Japón
 y China. Estos detectores han sido adaptados para detectar
las partículas “muones”. En algunas de las pocas colisiones
 que producen las partículas de Higgs, su huella - la que se
registra en los detectores - consiste en cuatro “muones”
energéticos. Por lo tanto, la detección de “muones” aporta
 pruebas circunstanciales de la existencia de la partícula
de Higgs.
Los científicos analizaron datos de miles billones de colisiones
de protones. En éstas, bosones de Higgs son creados junto
con muchas otras partículas similares. La evidencia que
sugiere la existencia del bosón de Higgs está relacionada
 con anomalías en los datos recogidos (en comparación
 con los datos esperados si el bosón de Higgs no existiera).
Esta búsqueda se centra en la estimación de la masa del Higgs:
126 billones de electrón-voltios (GeV). Cuando los científicos
 logran encontrar este tipo de anomalías, entonces deben
descartar la posibilidad de que se deban a fluctuación estadística.
Los cálculos realizados por los científicos en las últimas semanas,
 en las que el profesor Gross jugó un papel central, han revelado,
 con un alto grado de significación estadística, la existencia de
 una nueva partícula con una masa similar a la masa esperada
del Higgs. La redacción es deliberadamente cautelosa, dejando
 abierta la posibilidad de que una nueva partícula que no es el
 bosón de Higgs pueda ser encontrada dentro de este rango de
 masas. La probabilidad de que, de hecho, sea una nueva
 partícula distinta al Higgs, es bastante baja. (Pero si lo fuera,
 de hecho, dicen algunos físicos, las cosas empezarían a
 ponerse “muy interesantes”.)

Origen y trascendencia del CERN

Los científicos del CERN inventaron y desarrollaron el lenguaje
 de programación y los conceptos básicos que más tarde sirvieron
 como base para el establecimiento de la Internet. De hecho,
 el primer servidor de la “World Wide Web” fue activado en el
CERN para facilitar la comunicación entre los científicos de
todo el mundo que participaban en experimentos realizados
localmente. La organización también ha servido como modelo
 para el establecimiento de la Unión Europea, y su influencia
 en la tecnología y la economía europea es una reminiscencia
 del programa espacial estadounidense.
El acelerador de partículas LHC se basa en electroimanes
superconductores que trabajan a temperaturas muy bajas:
 menos de dos grados sobre el cero absoluto (menos 271
grados centígrados). El LHC genera unas mil millones de
colisiones de partículas por segundo: si fueran personas,
sería como si cada persona en el planeta se reuniera, cada
seis segundos, con cada uno de los seis mil millones de
habitantes del mundo. Calcular y analizar los datos de
estas colisiones es como tratar de entender lo que todos los
habitantes del mundo están diciendo, mientras que cada uno
 está hablando por 20 teléfonos a la vez.
Los electroimanes superconductores más grandes del mundo
 son parte del equipo experimental. Estos fueron construidos
en conjunto con empresas israelíes. Toda la estructura incluye
 10.000 detectores de radiación separados tan sólo por un
milímetro de distancia, tiene un volumen de 25.000 metros
cúbicos y cuenta con medio millón de canales electrónicos.
 La mayoría de los detectores de radiación de muones se
 construyeron a partir de componentes producidos en Israel.
Un excepcional sistema de láser rastrea la ubicación exacta
 de los detectores con una precisión de 25 micras (la mitad
del espesor de un cabello humano).
El Instituto Científico Weizmann en Rejovot, Israel, es una
de las instituciones de investigación multidisciplinaria más
 destacadas del mundo. Conocido por su amplio estudio de
las ciencias naturales y exactas, el Instituto cuenta con 2.700
 científicos, estudiantes, técnicos y personal de apoyo.
 Los esfuerzos de investigación del Instituto incluyen la
búsqueda de métodos innovadores de lucha contra las
 enfermedades y el hambre, el examen de los problemas
 que lideran el campo de las matemáticas y ciencias de
 la computación, el estudio de la física de la materia y del
 universo, la creación de nuevos materiales y el desarrollo
 de nuevas estrategias para la protección del medio ambiente.