Ilustración de estudio Sandbox. Chicago
Cuando los físicos descubrieron el
bosón de Higgs en el año 2012, declararon que el Modelo Estándar de la Física
de Partículas estaba completo; finalmente habían encontrado la pieza
faltante del rompecabezas de las partículas.
Y, sin embargo, quedan muchas preguntas
acerca de los componentes básicos del universo, incluyendo: ¿Hemos encontrado
el único tipo de bosón de Higgs; o hay más?
Un
problema de masa
El mecanismo de Higgs da masa a algunas
partículas fundamentales, pero no otras. Se interactúa fuertemente con los
bosones W y Z, haciéndolos masivos, pero no interactúa con partículas de luz,
lo que les deja sin masa.
Estas interacciones no sólo afectan a
la masa de otras partículas, que también afectan a la masa del Higgs. El
Higgs puede fluctuar brevemente en pares virtuales de las partículas con las
que interactúa.
Los científicos calculan la masa del
Higgs multiplicando uno a la energía máxima por la que se aplica con el modelo
estándar de un número relacionado con esas fluctuaciones relacionadas al número
enorme. El segundo número se determina a partir de los efectos de las
fluctuaciones de la fuerza de transporte de partículas como los bosones W y Z,
y restando los efectos de las fluctuaciones a la partículas de materia como
quarks.
Mientras que el segundo número no puede
ser cero porque el Higgs debe tener algo de masa, casi cualquier cosa que se
suma incluso en cantidades muy pequeñas,
hace que la masa del Higgs sea gigantesca.
Pero no lo es. Pesa alrededor de
125 mil millones de electronvoltios; Ni siquiera es la partícula fundamental
más pesada.
"Tener
el bosón de Higgs a 125 GeV es como poner un cubo de hielo en un horno caliente
y no fusión", dice Flip Tanedo, físico teórico e
investigador postdoctoral en la Universidad de California, Irvine.Un Higgs ligero, a
pesar de que hace que el trabajo del Modelo Standard, no necesariamente tiene
sentido para el cuadro grande. Si hay varios Higgses-mucho más pesados los
de las matemáticas
para determinar sus masas se vuelve más flexible.
"No
hay razón para descartar múltiples partículas de Higgs",
dice Tim Tait, un físico teórico y profesor de la UCI. "No hay nada en la teoría que dice que
no debe haber más de uno."
Las dos teorías principales que
predicen múltiples partículas de Higgs son supersimetría y compositeness.
La
supersimetría
Populares en los círculos de la física
de partículas para atar a todos los bits desordenados del Modelo Estándar, la supersimetría
predice un pesado (y caprichosamente llamado) de partículas pareja, o
"spartícula," para cada una de las partículas fundamentales
conocidas. Los quarks tienen squarks e Higgs tienen Higgsinos.
"Cuando
se vuelven a hacer los cálculos, los efectos de las partículas y sus partículas
asociadas a la masa del Higgs se anulan entre sí y la improbabilidad que vemos
en el Modelo Estándar se contrae y tal vez, incluso, se desvanece",
dice Don Lincoln, un físico en el Fermi National Accelerator Laboratory.
El modelo Modelo Mínimo Supersimétrico Estándar
que se alinea más estrechamente con predicción del actual Modelo Estándar con cuatro
nuevas partículas de Higgs, además de la spartícula Higgs, la Higgsino.
Mientras supersimetría es quizá la
teoría más popular para explorar la física más allá del Modelo Estándar, los
físicos del LHC no han visto todavía ninguna prueba de ello. Si existe
supersimetría, los científicos tendrán que producir más partículas masivas para
observarlo."Los científicos comenzaron a buscar
supersimetría hace cinco años en el LHC",
dice Tanedo. "Pero realmente no
sabemos dónde lo van a encontrar: 10 TeV? 100 TeV? "
Compositeness
La otra teoría popular que predice
varios bosones de Higgs es compositeness. La teoría de Higgs compuesto
propone que el bosón de Higgs no es una partícula fundamental sino que está
hecha de partículas más pequeñas que aún no han sido descubiertos.
"Se
puede pensar en esto como el estudio del átomo",
dice Bogdan Dobrescu, físico teórico de Fermi
National Accelerator Laboratory. "A medida que la gente miraba
cada vez más cerca, se encontraron con el protón y el neutrón. Se veían
más cerca de nuevo y encontraron el "arriba" y "abajo"
quarks que forman el protón y el neutrón”.
Las compuestas Teorías de Higgs predicen
que si hay partes más fundamentales a la Higgs, puede asumir una combinación de
masas basado en las propiedades de estas partículas más pequeñas.
La búsqueda compuesta de bosones de
Higgs se ha visto limitada por la escala a la que los científicos puedan
estudiar dados los niveles actuales de la energía en el LHC.
Al
acecho
Los físicos continuarán su búsqueda de
Higgs con la ejecución actual del LHC.
Al 60 por ciento más alto de energía,
el LHC producirá bosones de Higgs con mayor frecuencia en esta ocasión. También
producirá más quarks top, las partículas más pesadas del Modelo Estándar. Los Quarks Top
interactúan enérgicamente con el bosón de Higgs, haciéndolas un lugar favorito
para empezar a recoger a una nueva física.
Ya sea que los científicos encontraron
evidencia de supersimetría o un bosón compuesto (si encuentran tampoco), ese
descubrimiento significaría mucho más que un bosón adicionales.
“Por ejemplo, la búsqueda de nuevos
bosones de Higgspodria afectar nuestra comprensión de cómo las fuerzas fundamentales unifica con mayor energía”, dice
Tait, y agrega "La supersimetría
abriría todo un mundo 'súper' que hay que descubrir. Y un Higgs compuesto
podría apuntar a nuevas normas sobre el nivel fundamental más allá de lo que
entendemos hoy. Tendríamos nuevas piezas del rompecabezas de verlo”.
Compilado de Symmetry 30.julio.2015
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