El bosón de Higgs Joaquín Gómez Camacho Centro Nacional de Aceleradores (U. Sevilla- J. Andalucía CSIC)
Reunido en Oviedo el Jurado del Premio Príncipe de Asturias de Investigación Científica y Técnica 2013, acuerda por unanimidad conceder el Premio Príncipe de Asturias de Investigación Científica y Técnica 2013 de forma conjunta a los físicos Peter Higgs (Reino Unido) y François Englert (Bélgica) y a la institución internacional CERN, el Laboratorio Europeo de Física de Partículas, por la predicción teórica y detección experimental del Bosón de Higgs. Los trabajos pioneros de Higgs, y de Englert y Brout (este último fallecido en el año 2011), establecieron en el año 1964 la base teórica de la existencia del llamado Bosón de Higgs. Esta partícula completa el Modelo Estándar, que describe los componentes fundamentales de la Naturaleza, y es responsable de que ciertas partículas elementales posean masa. Durante casi medio siglo, los esfuerzos para hallar el bosón de Higgs resultaron infructuosos debido a las enormes dificultades experimentales que conlleva su detección precisa e inequívoca. En el año 2012, el Bosón de Higgs fue finalmente identificado por los detectores ATLAS y CMS del acelerador de partículas LHC del CERN, un hito histórico para toda la comunidad científica. Oviedo, 29 de mayo de 2013
8 October 2013 The Royal Swedish Academy of Sciences has decided to award the Nobel Prize in Physics for 2013 to François Englert Université Libre de Bruxelles, Brussels, Belgium and Peter W. Higgs University of Edinburgh, UK for the theoretical discovery of a mechanism that contributes to our understanding of the origin of mass of subatomic particles, and which recently was confirmed through the discovery of the predicted fundamental particle, by the ATLAS and CMS experiments at CERN s Large Hadron Collider
Preguntas de la humanidad De qué está hecho todo? Qué fuerzas hay? Qué leyes gobiernan la naturaleza?
Empedocles 460 a.c.
Mendeleyev 1872
Rutherford 1911
Gell-Mann 1964
Respuestas de la física De qué está hecho todo? Quarks y leptones (Espín ½). Qué fuerzas hay? Electromagnética, débil y fuerte Qué leyes gobiernan la naturaleza? Simetría+Cuántica+Relatividad.
De qué esta hecho todo? Qué fuerzas hay?
Qué leyes gobiernan la naturaleza? Cuántica+Relatividad (Teoria Cuántica de campos): Todas las fuerzas estan producidas por el intercambio de partículas. Simetría+Cuántica+Relatividad (Teoría Gauge local): Todas las partículas de intercambio tienen masa cero y espín 1 (Bosones gauge). Electromagnética: Fotón. J=1 M=0. Fuerte: Gluones. J=1 M=0. Débil: W +, W -, J=1 M=80 GeV Z 0, J=1 M=91 GeV
Higgs, Kibble, Guralnik, Hagen, Englert, y Brout encontraron en 1964 un mecanismo para que partículas sin masa parezca que tienen masa. Esto requería que todo el espacio estuviera lleno de algo, no observado, llamado campo escalar, o campo de Higgs.
La masa aparente es el resultado de la interacción de las partículas con el campo de Higgs. El bosón de Higgs es una excitación del campo. Tiene carga cero, masa no nula y espín cero. Si se observa, prueba que el campo de Higgs existe
Propiedades del bosón de Higgs El bosón de Higgs es inestable. Tras una fracción de segundo se descompone en otras partículas. Como la energía siempre se conserva, a midiendo la energía de las partículas en que se descompone el Higgs puede obtenerse su masa. Teoría: Masa no nula. Como la carga se conserva, midiendo las cargas de las partículas de decaimiento, se obtiene su carga. Teoría: Carga = 0. Conociendo las correlaciones entre las direcciones de las partículas en las que se descompone el Higgs, puede obtenerse su espín. Teoría: Espin =0. Conociendo la probabilidad de producir otras partículas, puede obtenerse su acoplamiento. Teoría: Acoplamiento proporcional a la masa.
Cómo se puede observar el bosón de Higgs? 1) Un acelerador con energía suficiente para producir el bosón de Higgs, (y millones de partículas más). LHC - CERN 2) Un detector, que mida los fragmentos del bosón de Higgs (y de las demás partículas). ATLAS - CMS
Detector ATLAS A Toroidal LHC ApparatuS Contribución española: Detectores de trazado Calorímetro IFIC (Valencia) IMB (Barcelona) IFAE (Barcelona) UAM (Madrid)
Medida de 4 leptones
Detector CMS Compact Muon Solenoid Contribución española: Cámaras de muones CIEMAT (Madrid) IFCA (Cantabria) UO (Oviedo) UAM (Madrid)
4 de Julio de 2012 Se ha descubierto una nueva partícula de masa 126 GeV consistente con el bosón de Higgs. Masa no nula: 126 GeV Carga cero Espín desconocido (0 o 2) Acoplamiento desconocido. R-D Heuer
Julio 2012 H 2 Fotones H 4 Leptones
CMS: 4 leptones Julio 2012 Abril 2013
2 fotones: ATLAS Se confirma Carga 0, Masa 125,7(4) GeV
Medida del espín Se descarta espín 2 (p<0.6 %). Muy probable espín 0.
Acoplamientos Acoplamientos consistentes con el modelo estándar. Proporcionales a la masa.
Conclusion: 14 de marzo de 2013 Se confirma que la nueva partícula de masa 125.7 GeV es un bosón de Higgs. (Queda por ver si existen más partículas de este tipo, y si existen desviaciones con las propiedades previstas en el Modelo Estándar). R-D Heuer
Conclusiones Nuestra idea de las leyes de la naturaleza (Simetría + Cuántica + Relatividad) se ha probado y funciona. Conocemos cómo adquieren masa las partículas. Hemos sido capaces de construir herramientas para explorar las propiedades más íntimas de la naturaleza. Hemos sido capaces de colaborar entre muchos países para lograr un objetivo común.