Sci-Tech

¿Por qué la descomposición de los bosones de Higgs y los quarks que crean importan?

atlas-event-display-hbb-2

maqueta

 

Esta semana, los físicos de partículas que trabajan con el Gran Colisionador de Hadrones han observado que el bosón de Higgs se descompone en quarks inferiores por primera vez. Si eres el miembro raro del público en general que comprende completamente lo que eso significa y por qué es importante para nosotros, los humanos comunes, puedes saltarte el paso.

 

Para el resto de nosotros, hablemos un poco sobre por qué debería preocuparse por cosas como los bosones y los quarks, que son las partículas infinitesimales que componen todo en el universo.

 

La física de partículas es el estudio de los ingredientes y las recetas que ‘hornean’ nuestra realidad. Por lo general, creemos que es importante saber qué se necesita para preparar lo que comemos y bebemos, así que ¿no vale la pena analizar también los ingredientes de la existencia?

 

De acuerdo, tal vez todavía no estés entusiasmado con esas cosas, que, a diferencia de un brownie decadente, no podemos ver ni siquiera concebir interactuar en nuestra vida diaria. Eso es justo. En cambio, considere que actividades científicas similares para comprender la naturaleza invisible de nuestro universo han producido avances y beneficios imprevistos que todos disfrutamos, desde nuestras redes de comunicación global en tiempo real hasta el desfibrilador que podría salvarle la vida algún día.

 

Es posible que nuestra comprensión de los bosones, los quarks y sus peculiaridades que nos acompañan algún día nos ayuden a desarrollar nuevas fuentes de energía más limpias, viajar a otros sistemas solares o vivir vidas más largas y saludables.

 

Entonces, en el bosón de Higgs , una partícula que los físicos predijeron que existió durante décadas, pero que solo se vio por primera vez con el Gran Colisionador de Hadrones en 2012 . Es importante porque se cree que sus interacciones con un campo de energía universal llamado campo de Higgs explican cómo las partículas subatómicas obtienen su masa.

 

‘Antes de la idea de Higgs, la masa era completamente misteriosa. Parecía no tener origen’, me dijo por correo electrónico el físico de FermiLab y el co-descubridor de Higgs Boson Don Lincoln.

 

Para una comprensión más profunda de lo que es el bosón de Higgs y cómo interactúa con el campo de Higgs, Lincoln lo desglosa muy bien con una famosa analogía en el siguiente video TED de hace unos años.

 

 

 

 

Lo nuevo de esta semana es que los físicos finalmente han observado el subproducto más común del bosón de Higgs por primera vez. Esto es importante porque la partícula voladora es inestable y se descompone tan rápido que no se puede observar directamente. Por lo tanto, la búsqueda se realiza buscando los subproductos de su rápida descomposición, como olfatear un huevo podrido solo por el olor.

 

‘Como una manzana que se estrella en el suelo, el bosón de Higgs, a través de su interacción con la estructura del espacio-tiempo, se transforma en las ‘piezas’ finales que medimos en nuestro experimento’, explicó el profesor de física de CalTech Harvey Newman.

 

Los científicos predijeron que los bosones de Higgs deberían descomponerse en un par de partículas diferentes, llamadas quarks de fondo, aproximadamente el 60 por ciento del tiempo. La mayoría del resto del tiempo se descomponen en pares de bosones W o Z, y otros tipos de partículas elementales.

 

atlas-event-display-hbb-2

 

Por lo tanto, debería tener sentido buscar evidencia de los bosones de Higgs buscando los quarks inferiores que crean con mayor frecuencia.

 

‘Pero hay una complicación’, explicó Lincoln. ‘Los bosones de Higgs son muy, muy, raros. Ocurren en aproximadamente una colisión de cada mil millones … La mayoría de las colisiones más comunes se producen por la fuerza nuclear fuerte que hace (pares de quark de fondo) todo el tiempo. Estas fuertes los quarks de fondo producidos por la fuerza inundan totalmente a los producidos por Higgs como un susurro en un huracán ‘.

 

Entonces, al final, los investigadores usaron los productos de descomposición menos comunes para encontrar el primer bosón de Higgs en 2012.

 

‘Los investigadores no pudieron decir que habían confirmado que los bosones de Higgs se descompusieron en quarks inferiores. Fue un poco vergonzoso’, dijo Lincoln.

 

Es casi como descubrir una nueva variedad de granos de palomitas de maíz que son invisibles hasta que se calientan. Ahora imagine que tiene que calentar las palomitas de maíz en una cámara blanca llena de trozos de espuma de poliestireno blanca que se ve exactamente como el maíz reventado perfectamente esponjoso. Mirando hacia la cámara desde el exterior, la única forma en que podrías probar tu descubrimiento es señalando los extraños granos de dud que no pudieron explotar y simplemente se convirtieron en granos carbonizados y ennegrecidos. Habla de vergüenza.

 

Entonces, los investigadores utilizaron una nueva técnica para detectar el subproducto más común del bosón de Higgs en forma de pares de quark bottom. En nuestra analogía de las palomitas de maíz, podría ser como mirar la cámara en el infrarrojo para poder separar las palomitas de maíz aún calientes de los trozos de espuma de poliestireno que reflejan el calor.

 

Jason Nielsen del Instituto de Física de Partículas de Santa Cruz tiene su propia metáfora para describir finalmente la observación del modo de descomposición principal del Higgs:

 

‘Si solo pudieras observar el distintivo tronco y cola de un animal, podrías convencerte de que es un elefante. Incluso podrías suponer algo sobre el cuerpo del animal, según tus expectativas, pero es mucho más satisfactorio tirar ¡Retroceda la cortina y observe la parte principal del elefante directamente! ‘

 

Pero más allá de ser simplemente satisfactorio para los investigadores, el descubrimiento de esta semana también podría decirnos algo significativo sobre el universo y de dónde proviene toda su masa.

 

‘Si piensas en el campo de Higgs como un tipo de ‘jarabe’ en el vacío que da masa a las partículas, significa que parece que solo necesitamos un tipo de jarabe, incluso para tipos de partículas completamente diferentes’, David Charlton, físico de partículas y el ex portavoz de la colaboración LHC ATLAS, me dijo.

 

En otras palabras, esta podría ser la semana en que descubrimos que no solo el jarabe dulce en nuestros panqueques y waffles agrega masa a nuestras cinturas, sino que el jarabe más dulce de todos podría rodearnos, dando masa a literalmente todo.

 

Si continuamos identificando todos los ingredientes en la despensa de partículas del universo, seguramente tendremos algunos resultados aún más sabrosos.

Author Since: Nov 20, 2019

Related Post