Bosón de Higgs

O bosón de Higgs, tamén chamado bosón escalar (polo propio Peter Higgs, pois o termo bosón dinos que ten un spin -xiro- enteiro, e escalar que o valor do xiro é 0), é unha partícula elemental masiva teorizada no ano 1964 dentro do esquema do modelo estándar da física de partículas. É a derradeira partícula do modelo estándar que foi observada, confirmouse a súa existencia polo CERN o 14 de marzo de 2013 -os resultados preliminares comunicáronse publicamente o 4 de xullo de 2012-, e desenvolve un papel importante na explicación da existencia do mecanismo do Campo de BEH ou Campo de Higgs, que da orixe a masa doutras partículas elementais, en particular a diferenza entre o fotón (sen masa) e os bosóns W e Z (relativamente pesados). As partículas elementais con masa e a diferenza entre electromagnetismo (causado polos fotóns) e a forza débil (causada polos bosóns W e Z) son críticos en moitos aspectos da estrutura microscópica (e así macroscópica) da materia. O mecanismo de Higgs, o que dá masa ó vector bosón, foi teorizado en 1964 por Peter Higgs, François Englert e Robert Brout que traballaban nas ideas de Philip Anderson, e independentemente por G. S. Guralnik, C. R. Hagen e T. W. B. Kibble. Higgs propuxo que a existencia dunha partícula escalar masiva podería ser unha proba da teoría, un comentario engadido a unha carta a Physical Review na que suxeriu na referencia. Steven Weinberg e Abdus Salam foron os primeiros en aplicar o mecanismo de Higgs á ruptura espontánea de simetría electrodébil. A teoría electrodébil predí unha partícula neutra cunha masa non moi afastada á dos bosons W e Z.
O 4 de xullo de 2012 o equipo do CMS (Compact Muon Solenoid) do CERN anunciou o achado dun bosón cunha masa de 125. 3 ± 0. 6 GeV/c2 e cun nivel de confianza estatística de 4, 9 sigma e o equipo do experimento ATLAS ( A Toroidal LHC Apparatus ) amosou datos indicando a observación dunha nova partícula, cun nivel de confianza de 5 sigma, cunha masa arredor de 126 GeV. Estes datos apuntan claramente ao bosón de Higgs. Peter Higgs, François Englert, sendo os dous físicos aínda vivos dos tres, recibiron o Premio Nobel de Física no ano 2013. Visión teórica xeral
A partícula chamada bosón de Higgs é un cuanto dun dos compoñentes do campo de Higgs. Nun espazo baldeiro, o campo de Higgs adquire un valor diferente de cero que permanece constante no tempo e en todo lugar do universo. O valor esperado de baleiro (VEV) dun campo de Higgs é constante e igual a 246 GeV. A existencia dun VeV non cero ten unha importancia fundamental: da unha masa a cada partícula elemental, incluíndo ó bosón de Higgs. En particular, a adquisición espontánea dun VeV diferente de cero creba a simetría gaugiana electrodébil, un fenómeno coñecido coma o mecanismo de Higgs. Este é o simple mecanismo capaz de dar masa a un bosón de gauge que é tamén compatible coa Teoría de campo de gauge.
No modelo estándar, un campo de Higgs consiste en dous campos neutrais e dous cargados. Os dous compoñentes cargados e un dos neutros son bosons de Goldstone, que non teñen masa e se converten, respectivamente, nos compoñentes lonxitudinais de terceira-polarización dos bosóns W e Z (masivos). O cuántico dos restantes compoñentes neutrais corresponden ós bosóns masivos de Higgs. Un campo de Higgs é un campo escalar, o bosón de Higgs ten un spin cero e non ten momento angular intrínseco. O bosón de Higgs é tamén a súa propia antipartícula e ten simetría CP.
O modelo estándar non predí o valor da masa do bosón de Higgs. A masa do bosón buscábase entre 115 e os 180 GeV, franxa na que o modelo estándar pode ser válido a todas as escalas enerxéticas até a escala de Planck (1016 TeV). O bosón atopado polo CERN ten 125, 3 GeV (unhas 130 veces a masa dun protón), cun sigma de 4, 9.
Moitas teorías están á expectativa dunha nova física máis alá do modelo estándar que podería xurdir a escalas de TeV, baseadas nas carencias do modelo estándar. A escala máis alta posible de masa permitida no bosón de Higgs (ou nalgunha ruptura espontánea de simetría electrodébil) é dun TeV; tras ese punto o modelo estándar volvese inconsistente sen un mecanismo dese tipo porque a unicidade é violada en certos procesos de dispersión. Moitos modelos de supersimetría predín que o bosón de Higgs terá unha masa só lixeiramente por enriba dos actuais límites experimentais, a uns 120 GeV ou menos. Investigación experimental previa
Ata o ano 2012, o bosón de Higgs non fora observado experimentalmente, a pesar dos grandes esforzos de investigación nos experimentos dos aceleradores de partículas coma o CERN ou o Fermilab. A non observación de probas claras permitiu estimar un valor mínimo experimental de masa 114, 4 GeV para o bosón de Higgs do modelo estándar, cun nivel de confianza do 95%. Un pequeno número de eventos non concluíntes foron rexistrados experimentalmente no colisor LEP no CERN. Estes puideron ser interpretados como resultados de bosóns de Higgs, mais a evidencia era inconclusa. O Gran colisor de hadróns, xa construído no CERN, confirmou a existencia deste bosón a través dos experimentos CMS e ATLAS de xeito preliminar no 2012.
A búsca do bosón de Higgs é tamén era o obxectivo de certos experimentos do Tevatrón no Fermilab. Alternativas ó mecanismo de Higgs para a ruptura espontánea da simetría electrodébil
Dende os anos nos que foi proposto o bosón de Higgs, existiron moitos mecanismos alternativos ó mecanismo proposto por Higgs. Tódalas outras alternativas usan unha dinámica que interactúa fortemente para producir un valor esperado do baleiro que rompa a simetría electrodébil. Unha lista parcial deses mecanismos alternativos é: Technicolor é a clase de modelo que intenta imitar a dinámica da forza forte como camiño para romper a simetría electrodébil.
O modelo de Abbott-Farhi de composición dos bosóns de vectores W e Z.
Condensado quark arriba Na ficción
Hai que mencionar que os bosóns de Higgs se denominan ás veces, nalgúns artigos populares, como as 'Partículas de Deus' ou 'Partículas Divinas' a raíz do título dun libro non científico (libro de divulgación científica) escrito por Leon Lederman, laureado co Nobel en 1988. Esta forma de nomealo está moitas veces envolta con propiedades fantasiosas.