Bosn de HiggsUna traza hipottica del bosn de Higgs en una colisin simulada deprotn-protn.

ComposicinPartcula elemental

FamiliaBosn

EstadoParcialmente confirmada: descubierta en el CERN una nueva partcula con propiedades compatibles.1

Smbolo(s)H0

TeorizadaR. Brout,F. Englert,P. Higgs,G. S. Guralnik,C. R. HagenyT. W. B. Kibble(1964)

DescubiertaUna partcula compatible ha sido hallada porATLASyCMS(4 julio de 2012.1)

Tipos1 en elModelo estndar;5 o ms en laSupersimetra

Masa125.3 0.4 (estad.) 0.5 (sis.) GeV/c2,2126.0 0.4 (estad.) 0.4 (sis.) GeV/c231

Vida media1.561022sNota 1

Carga elctrica0

Carga de color0

Espn0 (parcialmente confirmado en 125 GeV)5(predicho por elModelo Estndar)

Paridad+1 (parcialmente confirmado en 125 GeV)5

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Elbosn de Higgsopartcula de Higgses unapartcula elementalpropuesta en elModelo estndar de fsica de partculas. Recibe su nombre en honor aPeter Higgsquien, junto con otros, propuso en 1964 el hoy llamadomecanismo de Higgspara explicar el origen de lamasade las partculas elementales. El Bosn de Higgs constituye elcuantodelcampo de Higgs, (la ms pequea excitacin posible de estecampo). Segn el modelo propuesto, no poseeespn,carga elctricaocolor, es muy inestable y sedesintegrarpidamente, su vida media es del orden delzeptosegundo. En algunas variantes del Modelo estndar puede haber varios bosones de Higgs.6La existencia del bosn de Higgs y delcampo de Higgsasociado seran el ms simple de varios mtodos delModelo estndar de fsica de partculasque intentan explicar la razn de la existencia demasaen las partculas elementales. Esta teora sugiere que uncampoimpregna todo el espacio, y que las partculas elementales queinteractancon l adquieren masa, mientras que las que no interactan con l, no la tienen. En particular, dicho mecanismo justifica la enorme masa de losbosones vectorialesW y Z, como tambin la ausencia de masa de losfotones. Tanto las partculas W y Z, como el fotn sonbosonessin masa propia, los primeros muestran una enorme masa porque interactan fuertemente con el campo de Higgs, y el fotn no muestra ninguna masa porque no interacta en absoluto con el campo de Higgs.El bosn de Higgs ha sido objeto de una larga bsqueda enfsica de partculas.El 4 de julio de 2012, elCERNanunci la observacin de una nueva partcula consistente con el bosn de Higgs, pero se necesitara ms tiempo y datos para confirmarlo.1El 14 de marzo de 2013 el CERN, con dos veces ms datos de los que dispona en el anuncio del descubrimiento en julio de 2012, encontraron que la nueva partcula se ve cada vez ms como el bosn de Higgs. La manera en que interacta con otras partculas y sus propiedades cunticas, junto con las interacciones medidas con otras partculas, indican fuertemente que es un bosn de Higgs. Todava permanece la cuestin de si es el bosn de Higgs del Modelo estndar o quizs el ms liviano de varios bosones predichos en algunas teoras que van ms all del Modelo estndar.7El 8 de octubre de 2013 le es concedido a Peter Higgs, junto a Franois Englert, el Premio Nobel de fsica "por el descubrimiento terico de un mecanismo que contribuye a nuestro entendimiento del origen de la masa de las partculas subatmicas, y que, recientemente fue confirmado gracias al descubrimiento de la predicha partcula fundamental, por los experimentos ATLAS y CMS en el Colisionador de Hadrones del CERN".ndice[ocultar] 1Introduccin general 2Historia 2.1Arrinconando al bosn de Higgs 2.2Se descubre un nuevo bosn 3Propiedades 3.1Alternativas 4Literatura, ficcin y msica 5Vase tambin 6Notas 7Referencias 8Enlaces externosIntroduccin general[editar]En la actualidad, prcticamente todos los fenmenos subatmicos conocidos son explicados mediante elmodelo estndar, una teora ampliamente aceptada sobre laspartculas elementalesy las fuerzas entre ellas. Sin embargo, en la dcada de 1960, cuando dicho modelo an se estaba desarrollando, se observaba una contradiccin aparente entre dos fenmenos. Por un lado, lafuerza nuclear dbilentre partculas subatmicas poda explicarse mediante leyessimilaresa las delelectromagnetismo(en suversin cuntica). Dichas leyes implican que las partculas que acten como intermediarias de la interaccin, como elfotnen el caso del electromagnetismo y las partculasW y Zen el caso de la fuerza dbil, deben ser no masivas. Sin embargo, sobre la base de los datos experimentales, los bosones W y Z, que entonces slo eran una hiptesis, deban ser masivos.8En 1964, tres grupos de fsicos publicaron de manera independiente una solucin a este problema, que reconciliaba dichas leyes con la presencia de la masa. Esta solucin, denominada posteriormentemecanismo de Higgs, explica la masa como el resultado de lainteraccinde las partculas con uncampoque permea elvaco, denominadocampo de Higgs.Peter Higgsfue en solitario uno de los proponentes de dicho mecanismo. En su versin ms sencilla, este mecanismo implica que debe existir una nueva partcula asociada con las vibraciones de dicho campo, el bosn de Higgs.El modelo estndar qued finalmente constituido haciendo uso de este mecanismo. En particular, todas las partculas masivas que lo forman interaccionan con este campo, y reciben su masa de l. Hasta la dcada de 1980, no se pudo realizar ningn experimento en el que se utilizase la energa necesaria para comenzar a buscar dicho bosn, dado que la masa que se estimaba que podra tener era demasiado alta (unos cientos de veces la masa delprotn).ElGran Colisionador de Hadrones(LHC) delCERNenGinebra,Suiza, inaugurado en 2008, y cuyos experimentos empezaron en 2010, fue construido con el objetivo principal de encontrarlo, probar la existencia del Higgs, y medir sus propiedades, lo que permitira a los fsicos confirmar esta piedra angular de teora moderna. Anteriormente tambin se intent en elLEP(unaceleradorprevio del CERN) y en elTevatron(deFermilab, situado cerca deChicagoenEstados Unidos).Historia[editar]

Los seis autores de las ponencias PRL de 1964, quienes recibieron elPremio Sakuraipor su trabajo. De izquierda a derecha:Kibble,Guralnik,Hagen,Englert,Brout. A la derecha:Higgs

Los fsicos de partculas sostienen que lamateriaest hecha de partculas fundamentales cuyas interacciones estn mediadas por partculas de intercambio conocidas comopartculas portadoras. A comienzos de la dcada de 1960 haban sido descubiertas o propuestas un nmero de estas partculas, junto con las teoras que sugieren cmo se relacionaban entre s. Sin embargo era conocido que estas teoras estabanincompletas. Una omisin era que no podan explicar los orgenes de lamasacomo una propiedad de la materia. Elteorema de Goldstone, relacionado con lasimetra continuadentro de algunas teoras, tambin pareca descartar muchas soluciones obvias.Elmecanismo de Higgses un proceso mediante el cual losbosones vectorialespueden obtenermasa invariantesinromper explcitamentelainvariancia de gauge. La propuesta de ese mecanismo deruptura espontnea de simetrafue sugerida originalmente en 1962 porPhilip Warren Andersony, en 1964, desarrollada en un modelorelativistacompleto de forma independiente y casi simultneamente por tres grupos de fsicos: porFranois EnglertyRobert Brout; Las propiedades del modelo fueron adicionalmente consideradas por Guralnik en 1965 y Higgs en 1966. Los papeles mostraron que cuando unateora de gaugees combinada con un campo adicional que rompe espontneamente la simetra del grupo, los bosones de gauge pueden adquirir consistentemente una masa finita. En 1967,Steven WeinbergyAbdus Salamfueron los primeros en aplicar el mecanismo de Higgs a la ruptura de la simetra electrodbil y mostraron cmo un mecanismo de Higgs podra ser incorporado en lateora electrodbildeSheldon Glashow, en lo que se convirti en elmodelo estndarde fsica de partculas.Los tres artculos escritos en 1964 fueron reconocidos como un hito durante la celebracin del aniversario 50 de laPhysical Review Letters.9Sus seis autores tambin fueron galardonados por su trabajo con el Premio deJ. J. Sakurai para fsica terica de partculas10(el mismo ao tambin surgi una disputa; en el evento de unPremio Nobel, hasta 3 cientficos seran elegibles, con 6 autores acreditados por los artculos).11Dos de los tres artculos del PRL (por Higgs y GHK) contenan ecuaciones para el hipotticocampoque eventualmente se conocera como el campo de Higgs y su hipotticocuanto, el bosn de Higgs. El artculo subsecuente de Higgs, de 1966, mostr el mecanismo de decaimiento del bosn; slo un bosn masivo puede decaer y las desintegraciones pueden demostrar el mecanismo.En el artculo de Higgs el bosn es masivo, y en una frase de cierre Higgs escribe que "una caracterstica esencial" de la teora "es la prediccin de multipletes incompletos de bosones escalares y vectoriales". En el artculo de GHK el bosn no tiene masa y est desacoplado de estados masivos. En los exmenes de 2009 y 2011, Guralnik afirma que en el modelo GHK el bosn es slo en una aproximacin de orden ms bajo, pero no est sujeta a ninguna restriccin y adquiere masa a rdenes superiores y agrega que el artculo de GHK fue el nico en mostrar que no hay ningnbosn de Goldstonesin masa en el modelo y en dar un completo anlisis del mecanismo general de Higgs.1213Adems de explicar cmo la masa es adquirida por bosones de vector, el mecanismo de Higgs tambin predice la relacin entre las masas de losbosones W y Z, as como susacoplamientosentre s y con el modelo estndar de quarks y leptones. Posteriormente, muchas de estas predicciones han sido verificados por precisas mediciones en los colisionadoresLEPySLC, abrumadoramente confirmando que algn tipo de mecanismo de Higgs tiene lugar en la naturaleza,14pero an no se ha descubierto la manera exacta por la que sucede. Se espera que los resultados de la bsqueda del bosn de Higgs proporcione evidencia acerca de cmo esto es realizado en la naturaleza.Arrinconando al bosn de Higgs[editar]Antes del ao 2000, los datos recogidos en elLarge Electron-Positron collider(LEP) en el CERN para la masa del bosn de Higgs del modelo estndar, haban permitido un lmite inferior experimental de 114.4 GeV/c2con unnivel de confianzadel 95% (CL). El mismo experimento ha producido un pequeo nmero de eventos que podran interpretarse como resultantes de bosones de Higgs con una masa de alrededor de 115 GeV, justo por encima de este corte, pero el nmero de eventos fue insuficiente para sacar conclusiones definitivas.15En elTevatrndelFermilab, tambin hubo experimentos en curso buscando el bosn de Higgs. A partir de julio de 2010, los datos combinados de los experimentos delCDFy elDen el Tevatron eran suficientes para excluir al bosn de Higgs en el rango de 158 -175 GeV/c2al 95% de CL.1617Resultados preliminares a partir de julio de 2011 extendieron la regin excluida para el rango de 156-177 GeV/c2al 95% de CL.18La recopilacin de datos y anlisis en la busca de Higgs se intensificaron desde el 30 de marzo de 2010, cuando el LHC comenz a operar en 3,5 TeV.19Resultados preliminares de los experimentosATLASyCMSdel LHC, a partir de julio de 2011, excluyen un bosn de Higgs de modelo estndar en el rango de masa 155-190 GeV/c220y 149-206 GeV/c2,21respectivamente, en el 95% CL.A partir de diciembre de 2011 la bsqueda se haba estrechado aproximadamente a la regin de 115130 GeV con un enfoque especfico alrededor de 125 GeV, donde tanto el experimento del ATLAS y el CMS informan independientemente un exceso de eventos,2223lo que significaba que, en este rango de energa, se detectaron, en un nmero mayor que el esperado, patrones de partculas compatibles con la desintegracin de un bosn de Higgs. Los datos eran insuficientes para mostrar si estos excesos fueron debido a fluctuaciones de fondo (es decir, casualidad aleatoria u otras causas), y su significado estadstico no era lo suficientemente grande como para sacar conclusiones o an ni siquiera para contar formalmente como una "observacin", pero el hecho de que dos experimentos independientes haban mostrado excesos alrededor de la misma masa llev a considerable entusiasmo en la comunidad de la fsica de partculas.24El 22 de diciembre de 2011, la colaboracin de D tambin report limitaciones sobre el bosn de Higgs dentro del modelo estndar mnimamente supersimtrico (MSSM), una extensin del modelo estndar. Colisionesprotn-antiprotn(pp) con una energa de masa de 1,96 TeV les haba permitido establecer un lmite superior para la produccin del bosn de Higgs dentro de MSSM desde 90 hasta 300 GeV y excluyendo tan > 20-30 para masas del bosn de Higgs por debajo de 180 GeV (tan es la relacin de los dos valores de la expectativa del vaco del doblete de Higgs).25Por todo esto, a finales de diciembre de 2011, era ampliamente esperado que el LHC podra proporcionar datos suficientes para excluir o confirmar la existencia del bosn de Higgs del modelo estndar para finales de 2012, para cuando su coleccin de datos de 2012 (en energas de 8 TeV) haya sido examinada.26Durante la primera parte de 2012, los dos grupos de trabajo del LHC continuaron con las actualizaciones de los datos tentativos de diciembre de 2011, que en gran medida estaban siendo confirmados y desarrollados an ms. Tambin estuvieron disponibles actualizaciones en el grupo que estaba analizando los datos finales desde el Tevatrn. Todo esto continu para resaltar y estrechar la misma regin de 125 GeV, que estaba mostrando caractersticas interesantes.El 2 de julio de 2012, la colaboracin del ATLAS public adicionales anlisis de sus datos de 2011, excluyendo los rangos de masas del bosn desde 111,4 GeV a 116,6 GeV, 119.4 GeV a 122.1 GeV, y 129.2 GeV a 541 GeV. Ellos Observaron un exceso de eventos correspondiente a las hiptesis de masas del bosn de Higgs de alrededor de 126 GeV con un significado local desigma2,9.27En la misma fecha, las colaboraciones del D y el CDF anunciaron ms anlisis que aumentaron su confianza. El significado de los excesos de energas entre 115140 GeV ahora fue cuantificado como dedesviaciones estndarde 2,9, correspondiente a una probabilidad de 1 en 550 de ser debido a una fluctuacin estadstica. Sin embargo, esto todava qued lejos de la confianza de sigma 5, por lo tanto, los resultados de los experimentos LHC son necesarios para establecer un descubrimiento. Ellos excluyen los rangos de la masa de Higgs de 100103 y 147180 GeV.2829Se descubre un nuevo bosn[editar]En una nota interna delCERN, del 21 de abril de 2011, se contextualizaba el rumor de que los fsicos delLHChaban detectado por primera vez el bosn de Higgs.La nota interna habla dela observacin de una resonancia en los 125GeV, justo la clase de fenmeno que se esperara detectar si se hubiera encontrado un bosn de Higgs en ese rango de energa. Sin embargo, el elevado nmero de eventos observados, hasta treinta veces ms de los predichos en elmodelo estndar de fsica de partculas, sorprenda a los propios investigadores.30A finales de 2011, dos de los experimentos llevados a cabo en el LHC aportaron indicios de la existencia del bosn.El 22 de junio de 2012 el CERN anunci un seminario cubriendo las conclusiones provisionales para el ao 2012,3132y poco despus comenzaron a difundirse, en los medios de comunicacin, rumores de que esto incluira un anuncio importante, pero no estaba claro si se trataba de una seal ms fuerte o de un descubrimiento formal.3334El 4 de julio de 2012 fueron presentados por el CERN, con la presencia de varios cientficos, incluyendo al propio terico del tema Peter Higgs, los resultados preliminares de los anlisis conjuntos de los datos tomados por el LHC en 2011 y 2012 en los dos principales experimentos del acelerador (ATLASyCMS). El CMS anunci el descubrimiento de un bosn con masa 125.3 0.6 GeV/c2a una significacin estadstica de sigma 4,9,35y el ATLAS de un bosn con masa 126.5 GeV/c2de sigma 5.27Esto cumple con el nivel formal necesario para anunciar una nueva partcula que es "consistente con" el bosn de Higgs.36El estudio de las propiedades y caractersticas de la nueva partcula necesita an ms tiempo para poder confirmar si realmente se trata del bosn de Higgs delModelo estndaro uno de los bosones de Higgs que predicen las teorassupersimtricaso si se trata de una nueva partcula desconocida.1Se espera que los datos recopilados en elGran Colisionador de HadronesdelCERNpuedan esclarecer la naturaleza de este nuevo bosn.En recientes conferencias, los datos estudiados arrojan ms luz sobre la naturaleza del bosn y, al menos de momento, confirman que se trata de un bosn de Higgs aunque habr que esperar para saber cul es.Propiedades[editar]

Resumen de las interacciones entre las partculas delmodelo estndar.Muchas de las propiedades del bosn de Higgs, tal y como se describe en el modelo estndar, estn totalmente determinadas. Como su nombre indica, es unbosn, tieneespn0 (lo que se denomina un bosn escalar). No poseecarga elctricanicarga de color, por lo que no interacciona con elfotnni con losgluones. Sin embargo interacciona con todas las partculas del modelo que poseen masa: losquarks, los leptones cargados y losbosones W y Zde la interaccin dbil. Susconstantes de acoplo, que miden cuan intensa es cada una de esas interacciones, son conocidas: su valor es mayor cuanto mayor es la masa de la partcula correspondiente. En la versin original del modelo estndar, no se inclua la masa de losneutrinosni, por tanto, una interaccin entre estos y el Higgs. Aunque sta podra explicar la masa de los neutrinos, en principio su origen puede tener una naturaleza distinta.37El bosn de Higgs es adems su propia antipartcula.El modelo estndar no predice sin embargo la masa del Higgs, que ha de ser medida experimentalmente; tampoco el valor de algunos parmetros que dependen de sta: las constantes de acoplo del Higgs consigo mismo que miden cuan intensamente interaccionan dos bosones de Higgs entre s o suvida media. En primera aproximacin, la masa del Higgs puede tomar cualquier valor. Sin embargo la consistencia matemtica del modelo estndar impone cotas inferiores entre 85 y 130 GeV/c2, y cotas superiores entre 140 y 650 GeV/c2.38Los experimentos llevados a cabo en los aceleradoresLEPyTevatron, y posteriormente en elLHC, han impuesto cotas experimentales para el valor de la masa del Higgs siempre asumiendo el comportamiento del modelo estndar. En julio de 2012 los dos experimentos del LHC efectuando bsquedas del Higgs,ATLASyCMS, presentaron resultados que excluyen valores de la masa fuera del intervalo entre 123130 GeV/c2segn ATLAS, y 122,5127 GeV/c2segn CMS (ambos rangos con un 95% denivel de confianza).3940Adems, anunciaron el descubrimiento de un bosn con propiedades compatibles con las del Higgs, con una masa de aproximadamente 125126 GeV/c2. Su vida media con esa masa sera aproximadamente 1022s, una parte en diez mil trillones de un segundo.41Alternativas[editar]Desde los aos en los que fue propuesto el bosn de Higgs han existido muchos mecanismos alternativos. Todas las otras alternativas usan una dinmica que interacta fuertemente para producir un valor esperado del vaco que rompa la simetra electrodbil. Una lista parcial de esos mecanismos alternativos es: Technicolor;42es la clase de modelo que intenta imitar la dinmica de lafuerza fuertecomo camino para romper la simetra electrodbil. El modelo de Abbott-Farhi; de composicin de los bosones de vectores W y Z.43 Condensados de quarks top.Literatura, ficcin y msica[editar] A partir de la publicacin del libro de divulgacin cientficaLa partcula de Dios: si el universo es la respuesta, cul es la pregunta?deLeon Lederman,44en la cultura popular, el bosn de Higgs es llamado a veces "la partcula de Dios",45aunque prcticamente todos los cientficos lo consideran una exageracin.46474849En la pelculangeles y demonios, basada en el libro del mismo nombre (del autorDan Brown), se menciona al bosn de Higgs de dicha forma. En la pelculaSolarisprotagonizada porGeorge ClooneyyNatascha McElhonese teoriza que los visitantes que materializan el ocano viviente del planeta estaran formados por partculas subatmicas estabilizadas por un campo de Higgs. En el libro de ciencia ficcinFlashforward, escrita porRobert J. Sawyer(1999), dos cientficos desatan una catstrofe a nivel mundial mientras tratan de encontrar el esquivo bosn de Higgs. En el captulo 21 de la 5 temporada (The Hawking Excitation) de la serieThe Big Bang Theory,Sheldon Coopercree haber descubierto una prueba de la existencia del bosn de Higgs. En la serie espaolaEl barco, elGran Colisionador de Hadrones(LHC) delCERNenGinebra,Suizaprovoca, tras su puesta en marcha, el hundimiento de los continentes, dejando como nicos supervivientes a los tripulantes deEstrella Polary con una sola esperanza de vida que se sita en un pequeo trozo de tierra perdido en la cara este del planeta. El grupo musical madrileoAviador Droen su ltimo disco editado en junio de 2012 y titulado La Voz de la Ciencia dedican un tema al Bosn de Higgs. El artista gallegoIvn Ferreiroen su ltimo disco publicado en 2013 y con ttulo "Val Mior-Madrid: Historia y cronologa del mundo" dedica un tema al famoso Bosn de Higgs. En uno de los episodios de Los Pinginos de Madagascar, se hace referencia a dicho Bosn. Kowalski, uno de los integrantes dice que "solo hay una como esa en todo el universo", y la utiliza para clonar dodos.Vase tambin[editar] Bosn Campo de Higgs Fsica de partculas Interaccin Yukawa Superfuerza CERNNotas[editar]1. Volver arribaEn elModelo estndar, el total de laamplitud de decaimientode un bosn de Higgs con una masa de 126 GeV/c2se espera que sea 4.21103GeV.4La vida media sigue la expresin:.Referencias[editar]1. Saltar a:abcdeCERN Press Release: CERN experiments observe particle consistent with long-sought Higgs boson(en ingls). 4 de junio de 2012. Consultado el 4 de junio de 2012.2. Volver arribaCMS collaboration; Khachatryan, V.; Sirunyan, A.M.; Tumasyan, A.; Adam, W.; Aguilo, E.; Bergauer, T.; Dragicevic, M.et al.(2012). Observation of a new boson at a mass of 125 GeV with the CMS experiment at the LHC.Physics Letters B716(1): 3061.arXiv:1207.7235.doi:10.1016/j.physletb.2012.08.021.3. Volver arribaATLAS collaboration; Abajyan, T.; Abbott, B.; Abdallah, J.; Abdel Khalek, S.; Abdelalim, A.A.; Abdinov, O.; Aben, R.et al.(2012). Observation of a New Particle in the Search for the Standard Model Higgs Boson with the ATLAS Detector at the LHC.Physics Letters B716(1): 129.arXiv:1207.7214.doi:10.1016/j.physletb.2012.08.020.4. Volver arribaLHC Higgs Cross Section Working Group; Dittmaier; Mariotti; Passarino; Tanaka; Alekhin; Alwall; Bagnaschiet al.(2012). Handbook of LHC Higgs Cross Sections: 2. Differential Distributions.CERN Report 2 (Tables A.1 A.20)1201: 3084.arXiv:1201.3084.Bibcode:2012arXiv1201.3084L.5. Saltar a:abPralavorio, Corinne (14 de marzo de 2013).New results indicate that new particle is a Higgs boson. CERN. Consultado el 14 de marzo de 2013.6. Volver arribaFrancisco Villatoro.La caza del bosn de HiggsJournal of Feelsynapsis (JoF). ISSN: 2254-3651. 2013.(8): 38-487. 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