El Bosón de Higgs y el Modelo Estándar

Los modelos supersimétricos

Las simetrías forman la base para la construcción de las teorías físicas modernas. La máxima simetría que puede existir en un sistema cuántico es conocida con el nombre de supersimetría, relacionada con la operación que corresponde básicamente a la transformación de un bosón en un fermión, y viceversa. La gran mayoría de las teorías desarrolladas durante las últimas décadas tienen a la supersimetría como una parte importante de su fundación.

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Si la naturaleza respetase de manera exacta esta simetría, por cada partícula elemental de spin ½ debería existir un compañero supersimétrico de spin 0 (por ejemplo el electrón y el “selectrón”) con la misma masa, así como para cada bosón de gauge de spin 1 debería existir un fermión (gaugino) de spin ½. Como ciertamente no se observa la duplicación del espectro es posible que esta simetría sólo sea respetada de manera aproximada, de tal forma que las partículas supersimétricas tengan masas mayores que las de sus compañeras del Modelo Estándar y por lo tanto aún no hayan podido ser observadas en los aceleradores. La más liviana (y neutra) de las partículas supersimétricas, en caso de existir, es una de las más serias candidatas para explicar la existencia de la materia oscura.

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Según el modelo estándar (SM, de sus siglas en inglés) de la física de partículas, la materia está formada por fermiones (a su vez divididos en quarks y leptones), mientras que las partículas que transmiten las dos interacciones fundamentales de la naturaleza (interacción fuerte e interacción nuclear electrodébil) son bosones. La supersimetría extiende el número de partículas del SM de forma que a cada partícula le corresponde una compañera supersimétrica denominada super compañera. Así, cada bosón tiene una super compañera fermión y viceversa.

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Las super compañeras de los fermiones son bosones y reciben nombres que comienzan con la letra s; así, el electrón tiene como super compañera el selectrón, y los quarks, los squarks. Las super compañeras de los bosones son fermiones con nombres que terminan en -ino, así la del fotón es el fotino y la del gravitón (si se incluye la gravedad en el modelo), el gravitino. La extensión mínima del modelo estándar que incluye supersimetría se conoce como MSSM (del inglés: Minimal Supersymmetric Standard Model).

El Modelo Estándar de |partículas elementales, con losbosones de gauge en la columna derecha.

Sin embargo, debido a que dichas compañeras supersimétricas aún no han podido ser creadas en el laboratorio, sus masas deben ser mucho mayores que las de las partículas originales. Esto implica que la supersimetría, de ser cierta, está rota por algún mecanismo. La especificación de dicho mecanismo da lugar a diversas simplificaciones del MSSM.

Con el bosón de Higgs se podrán descartar algunas otras teorías sobre la materia, el mundo que nos rodea y el origen del Universo. Este bosón era el elemento que le faltaba a la explicación que da el Modelo Estándar. Su importancia radica en que es la partícula que da su masa al resto de las demás que ya habían sido predichas y que acabaron siendo descubiertas. El gran problema con esta partícula es que no es detectable de forma directa ya que se desintegra en otras nuevas en una fracción infinitesimal de un segundo. Lo que hacen en el LHC es registrar su decaimiento en estas nuevas. Y se está haciendo con dos experimentos diferentes, el ATLAS y el CMS, que, usando métodos diferentes, han llegado al hallazgo de esta nueva partícula allí donde la teoría decía que debía de estar.

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La partícula de Higgs es la clave para resolver el misterio del origen de la masa. El Profesor Andy Parker, profesor de física de alta energía en la universidad de Cambrige (University of Cambridge), explica que “la mayoría de la gente imagina que las partículas de materia son como pequeñas bolas de billar, que están trabadas en conjunto de algún modo para formar los objetos sólidos que vemos a nuestro alrededor. Sin embargo, en las teorías cuánticas modernas, la materia no es para nada como esto. Todas las partículas, si se las dejase solas, carecerían de masa, y andarían volando a la velocidad de la luz. El campo de Higgs es la respuesta propuesta a esta falta de concordancia entre nuestras ecuaciones y lo que podemos ver. El campo de Higgs llena todo el espacio, y al tratar de moverse a través de él, las interacciones de las partículas hará que parezca que tienen masa”.

Data collected during 2011 and 2012 at the Large Hadron Collider (LHC) at CERN in Switzerland, the world’s highest-energy proton collider, has culminated in the discovery of a new particle that is about 135 times heavier than a proton. But is it really the Higgs particle predicted by the theory that explains the origin of the mass of most elementary particles in the universe? The discovery and its possible identity is discussed by two Brookhaven Lab physicists, Sally Dawson and Howard Gordon, with deep roots in the hunt for the Higgs.

El universo tiene dos fuerzas fundamentales: la fuerza electromagnética que gobierna las interacciones entre las partículas cargadas, y la fuerza débil que es responsable por el decaimiento radiactivo; y si con el bosón de Higgs, estas dos fuerzas pueden unificarse para formar la fuerza electrodébil.

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