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miércoles, 4 de julio de 2012

La partícula de Dios



Con los resultados presentados hoy la existencia del bosón de Higgs, la partícula subatómica teorizada por el físico británico Peter Higgs en los años sesenta, sobre la que reposa el Modelo Estándar de la Física de Partículas, es prácticamente un hecho.
Si no fuera por el bosón de Higgs, las partículas fundamentales de las que se compone todo, desde un grano de arena hasta las personas, los planetas y las galaxias viajarían por el Cosmos a la velocidad de la luz, yel Universo no se habría 'coagulado' para formar materia. Por ese motivo, el premio Nobel Sheldon Glashow la apodó como 'the God particle' ('la partícula de Dios').
"Puedo confirmar que se ha descubierto una partícula que es consistente con la teoría del bosón de Higgs", explicó John Womersley, director ejecutivo del Consejo de Tecnología y Ciencia del Reino Unido, durante una presentación del hallazgo en Londres.
Joe Incandela, portavoz de uno de los dos equipos que trabajan en la búsqueda de la partícula de Higgs aseguró que "se trata de un resultado todavía preliminar, pero creemos que es muy fuerte y muy sólido".
Tras terminar su presentación, el estruendoso aplauso en el auditorio no cesaba a pesar de que Incandela trataba de pedir la palabra para agradecer a toda la organización la colaboración y el ambiente científico donde ha podido desarrollar su investigación.
Las palabras de Incandela se producen en la Conferencia Internacional de Física de Altas Energías (ICHEP 2012) que se celebra en Melbourne (Australia), donde se están exponiendo los resultados obtenidos por los experimentos ATLAS y CMS del Gran Colisionador de Hadrones (LHC) en 2012. El director del CERN, Rolf Heuer, ha comenzado la conferencia nervioso y ha afirmado que "hoy es un día muy especial en todos los sentidos".
ATLAS, uno de los dos experimentos del CERN que busca el bosón de Higgs", ha confirmado la observación de una nueva partícula a un nivel de 5 sigma (una forma de medir la probabilidad de que los resultados sean ciertos que ronda el 100%). Esta medición implica que la probabilidad de error es de una en tres millones, una cifra que, oficialmente, es suficiente para dar por confirmado un descubrimiento.
"Es dificil no estar emocionado con estos resultados", ha dicho Sergio Bertolucci, director de investigación del CERN. "Con toda la precaución necesaria, me parece que estamos en un punto rompedor".
"Es un hito histórico, pero estamos solo al principio", ha declarado por su parte Heuer, el director del CERN.

Muy cerca del objetivo

Los datos del CERN no son todavía tan concluyentes como para poder afirmar con total certeza que han encontrado la 'particula de Dios', peroestán realmente cerca de alcanzar ese objetivo. "Hemos encontrado un nuevo bosón con una masa de 125,3 gigaelectrónvoltios, con un grado de consistencia de 4,9 sigma. Estamos de acuerdo con el modelo estándar en un 95%, pero necesitamos más datos", explicó Icandela.
"Observamos en nuestros datos claros signos de una nueva partícula, con un nivel de confianza estadística de 5 sigma (superior al 99,99994%), en la región de masas de alrededor de 125 GeV. El excepcional funcionamiento del LHC y ATLAS, y los enormes esfuerzos de mucha gente, nos han llevado a esta emocionante etapa", asegura la portavoz del experimento ATLAS, Fabiola Gianotti, "pero se necesita un poco más de tiempo para preparar estos resultados para su publicación".
El portavoz del experimento CMS, Joe Incandela, explica: "Los resultados son preliminares, pero la señal de 5 sigma alrededor de 125 GeV que estamos viendo es dramática. Es realmente una nueva partícula. Sabemos que debe ser un bosón y es el bosón más pesado jamás encontrado". Para Incandela, "las implicaciones son muy significativas y es precisamente por esta razón por lo que es preciso ser extremadamente diligentes en todos los estudios y comprobaciones".

Gran expectación

El pasado mes de diciembre ya se habló de un posible anuncio del CERN. En aquella ocasión los expertos señalaron que se "había cerrado el cerco" en torno a la partícula, por lo que ya estaban más cerca de encontrarla.
Además, el director general del CERN, Rolf Heuer, señaló la semana pasada que ya podría haber datos "suficientes" para hallar el Bosón de Higgs. En un artículo en 'The Bulletin', Heuer indicó que "hallar el Bosón de Higgs es una posibilidad real y que, a menos de dos semanas para que se celebre la conferencia ICHEP, la noticias de los experimentos se esperado ansiosamente".
A pesar de estas palabras, Heuer ha pedido a la comunidad científica que tenga "un poco más de paciencia". En este sentido, recordó que aunque ATLAS o CMS muestren datos que supongan el descubrimiento de la partícula "siempre se necesita tiempo para saber si es el Bosón de Higgs buscado durante mucho tiempo -el último ingrediente que falta en el Modelo Estándar de física de partículas- o si se trata de una forma más exótica de esta partícula de que podría abrir la puerta a una nueva física".

Nivel de certeza

Los físicos de partículas mantienen un consenso general acerca de lo que se puede considerar un 'descubrimiento': un nivel de certeza de 5 sigmas. La cantidad de sigmas mide la improbabilidad de obtener un resultado experimental fruto de la suerte en lugar de provenir de un efecto real.
Se suele poner como ejemplo el lanzamiento de una moneda al aire y ver cuántas veces sale cara. Por ejemplo, 3 sigmas representarían una desviación de la media equivalente a obtener ocho caras en ocho lanzamientos seguidos. Y 5 sigmas, 20 caras en 20 lanzamientos.
La toma de datos para la ICHEP 2012 concluyó el lunes 18 de junio después de un "exitoso primer periodo" de funcionamiento del LHC durante este año, según ha explicado del CERN. Precisamente, Heuer ha señalado que es el "impresionante trabajo" que ha tenido el LHC en 2012 lo que "ha elevado las expectativas de cara a un descubrimiento".
El equipo de expertos que trabaja para la organización en Ginebra ha diseñado la actividad del LHC para el primer periodo de 2012 de manera que obtuviera la máxima cantidad de datos posibles antes de que se celebrara el ICHEP. De hecho, se han obtenido más datos entre abril y junio de este año que en todo 2011. "La estrategia ha sido un éxito", ha indicado el director general del CERN.






La Organización Europea para la Investigación Nuclear (CERN) ha anunciado este miércoles el descubrimiento de una partícula subatómica consistente con el Bosón de Higgs, la partícula clave para conocer la formación del Universo.


Los físicos consideran al bosón de Higgs como la clave para entender la estructura fundamental de la materia, la partícula que atribuye la masa a todas las demás, según la teoría llamada del "modelo estándar".



A pesar de las dudas de si esta nueva partícula es el bosón de Higgs o otro tipo de partícula, los aplausos y las caras de los físicos reunidos en Ginebra este miércoles reflejaban la alegría y el alivio del mundo científico. "Nunca pensé que asistiría a algo así en vida y voy a pedir a mi familia que ponga el champán en la nevera", dijo Peter Higgs, el científico de 83 años que en 1964, junto a sus sus colegas Robert Brout (fallecido en 2011) y François Englert, postuló por deducción la existencia del bosón que lleva su nombre.
La emoción fue palpable y Englert, sentado junto a Higgs, no pudo retener las lágrimas. "Hemos superado una nueva etapa en nuestra comprensión de la naturaleza", dijo el director general del CERN, Rolf Heuer en un comunicado, satisfecho con el trabajo cumplido hasta ahora.
La materia del principio del Universo
Las investigaciones se llevan a cabo en el Gran Colisionador de Hadrones (LHC), el acelerador de partículas más grande del mundo, situado bajo la sede del CERN en Ginebra.
En este túnel de 27 kilómetros de circunferencia, instalado a 100 metros bajo tierra, los físicos provocan el choque de miles de millones de protones con la esperanza de encontrar, con la ayuda de todo tipo de detectores, el rastro del bosón entre los restos (cascadas de partículas).
El anuncio de este miércoles llega después de que el pasado mes de diciembre el misterio sobre el bosón de Higgs se redujera sensiblemente cuando los dos experimentos independientes que se están llevando a cabo en el LHC (llamados ATLAS y CMS) limitaron una región situada entre 124 y 126 giga electrón voltios (1 GeV equivale a la masa de un protón).
Una región ahora confirmada por los científicos. Pero hasta ahora el principal obstáculo era el margen de error de los dos experimentos, todavía demasiado grande a pesar del gran número de datos acumulados, y que obligaba a los científicos a hablar de "indicaciones" y no de "descubrimiento" del bosón.
El LHC, tras un pausa en invierno, volvió a ponerse en marcha en abril a pleno rendimiento y generó en tres meses más datos que en todo 2011, que permitieron el anuncio de este miércoles. "Quizás es el bosón de Higgs lo que hemos encontrado, quizás hoy hemos comprendido cómo se organizó la materia al principio del Universo, una milésima de milmillonésima de segundo después del el Big Bang", explicó a la AFP Yves Sirois, uno de los portavoces del CMS.
"Quizás es el bosón de Higgs, quizás otra cosa mucho más grande que abre la puerta a una nueva teoría más allá del modelo estándar", añadió.
Según la física Pauline Gagnon hay que verificar todas las propiedades de la nueva partícula de aquí a final de año antes de poder pronunciarse con certeza. Pero según la científica, si no es el bosón de Higgs "al menos se le parece mucho", dijo a la AFP.
El anuncio, que ha provocado un largo aplauso del público, se ha producido durante la Conferencia Internacional de Física de Altas Energías (ICHEP 2012) que se celebra en la localidad australiana de Melbourne, en donde los dos experimentos del Gran Colisionador de Hadrones (LHC), el ATLAS y el CMS, han expuesto los datos obtenidos durante las colisiones ejecutadas en 2012.
Pese a la cautela conque se ha querido referir Incandela, «ya se trata de un resultado preliminar», la comunidad científica cree que con los datos obtenidos son ya muy sólidos. Ha explicado que, sumando todas las estadísticas de datos obtenidos por CMS, el resultado es 5 sigma (superior al 99,99994), una cifra que, oficialmente, es suficiente para dar por confirmado un descubrimiento.


La partícula de Dios
Representación gráfica del choque de partículas. / AFP



La oficina de prensa del CERN- Organización Europea para la Investigación Nuclear, ha anunciado la confirmación experimental sobre la existencia del 'bosón de Higgs' más conocida por el público como "la partícula de Dios". El bosón de Higgs era la última pieza que faltaba localizar para completar el cuadro de partículas elementales incluidas en el modelo estándar de la física de partículas, el modelo que relaciona las interacciones fundamentales entre las partículas elementales que componen toda la materia. Por lo tanto, confirmar o descartar su existencia ha sido una de las tareas fundamentales llevadas a cabo en el famoso "colisionador de Hadrones (LHC)" un anillo acelerador situado a 100 m de profundidad en la frontera entre Francia y Suiza, en las cercanías del aeropuerto de Ginebra.
La noticia fue publicada con gran prudencia por el organismo científico destacando que en dos de sus proyectos científicos se ha localizado una nueva partícula compatible con el "bosón de Higgs", pero remarcando que hacen falta más investigaciones para determinarlo unívocamente. Por lo tanto señalan una neta distinción entre el significado científico de "existencia" y "demostración". Su importancia radica en que más que alcanzar una meta final, comprobar la existencia del bosón de Higgs, se trata del inicio de una nueva etapa que promete muchos desarrollos posteriores.
Sabemos que toda la materia en el universo está formada por átomos, que a su vez, tienen un núcleo masivo con carga eléctrica positiva, rodeado de una nube de electrones en movimiento. El átomo forma una estructura que se mantiene unida por fuerza electromagnética, una de las fuerzas fundamentales de la naturaleza. Esta fuerza electromagnética tiene, teóricmente, alcance infinito y es transportada por las partículas llamadas fotones. Sabemos que por este medio nos llega la luz de las estrellas o la electricidad a nuestros hogares y que esta fuerza es la responsable de todas las estructuras moleculares que forman los cuerpos macroscópicos.
Si sólo existiera esta fuerza, el núcleo de un átomo sería inestable, debería estallar por la proximidad entre los protones. Pero en el núcleo actúan otras fuerzas de corto alcance que son capaces de neutralizar la repulsión electromagnética y se conocen como "Nuclear fuerte", que depende de una propiedad llamada "carga de color" (que no tiene nada que ver con el uso normal de la palabra "color") y "Nuclear débil", la que gobierna los procesos de generación de energía en las estrellas.
Los protones y neutrones del núcleo están compuestos por partículas más diminutas llamadas "quarks", unidas por otras partículas llamadas "gluones", responsables de transportar la Fuerza Nuclear Fuerte. Las partículas que transportan la Fuerza Nuclear Débil son las partículas llamadas bosones W y Z, que a diferencia de los fotones tienen masa. Para imaginar dos partículas que interactúan se puede considerar a dos personas que se pasan un balón pesado, que sería la partícula de fuerza. Si el balón es más pesado, el rango de interacción es más corto.
El descubrimiento de las partículas W y Z, mereció un premio Nobel para el CERN en los años 80, pero el mecanismo que da lugar a su masa no había sido identificado anteriormente. Aquí entra el mecanismo de Higgs. Es el modelo más sencillo para dar cuenta de la diferencia de masa entre los fotones (que también son bosones) y los bosones W y Z. Los físicos consideran al bosón de Higgs como la clave para entender la estructura fundamental de la materia debido a que atribuye la masa a todas las demás, y a esta propiedad debió su nombre de "partícula de Dios".
Es difícil discutir sobre el modelo estándar sin las precisiones matemáticas que se requieren y poco podemos abundar sobre este tema en un espacio tan reducido. Tampoco ayuda que la mecánica cuántica no tenga nada que ver con el "sentido común" o la "intuición".
Sin embargo, se ha desatado un gran interés público por esta noticia, a pesar de la evidente complejidad del tema y de su escasa relación con la vida cotidiana, interés que probablemente esté ligado al nombre de "partícula de Dios". La relación que tiene la teoría respecto del Big-Bang y de la evolución de la materia en el Universo, nos hacen sospechar a todos, aún sin comprender los detalles, que esas conclusiones tienen que ver con nuestro propio origen.
Héctor Mancini es Profesor de Física y Matemática Aplicada de la Universidad de Navarra.
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