NUEVAS PARTICULAS ELEMENTALES
El descubrimiento de la partícula que faltaba
Medio siglo después de haberse conjeturado su existencia, el 4 de julio de 2012 se ha anunciado el descubrimiento de la partícula de Higgs. Y es realmente importante: desde hoy se conoce un poco mejor cómo funciona el universo. Ha hecho falta construir el más potente acelerador de partículas, el LHC, dos colosales detectores y el trabajo y entusiasmo de miles de físicos e ingenieros de todo el mundo volcados en la investigación. El Higgs, dicho de modo muy sencillo, ayuda a explicar por qué existe la masa de las partículas elementales. Si el electrón, por ejemplo, no tuviera masa no se formarían los átomos y sin átomos no existirían ni estrellas, ni planetas ni personas.
En medio de una expectación mundial y en un auditorio abarrotado de gente emocionada en el Laboratorio Europeo de Física de Partículas (CERN), junto a Ginebra, los científicos que trabajan con el gran acelerador de partículas LHC anunciaron este martes el descubrimiento. “Hemos alcanzado un hito en nuestra comprensión de la naturaleza”, afirmó el director del CERN, Rolf Heuer.
A las nueve de la mañana tomó la palabra Joe Incandela, portavoz de uno de los dos grandes detectores de partículas del LHC, el CMS, y durante 45 minutos fue exponiendo los resultados para concluir con el anuncio de que habían encontrado una partícula de tipo bosón de masa 125,3 gigaelectronvoltios (GeV). No dijo Higgs, pero el aplauso cerrado en el auditorio dejó muy claro lo que todo el mundo parecía pensar: debe ser el Higgs.
Tras el muy nervioso Incandela, llegó el turno de su colega Fabiola Gianotti, la portavoz del otro gran experimento, el ATLAS. También fue explicando los pormenores técnicos de la investigación hasta que al final dijo que su equipo tenía la firma de esa nueva partícula con 126,5 GeV de masa (perfectamente consistente con la medida del CMS, como aclaró más tarde).
¿Están seguros? La certeza obtenida, según explicaron, es de 5 sigma (en el caso de ATLAS) y 4,9 (en CMS), lo que implica una probabilidad de error tan baja, menor que 0,3 en un millón, que los físicos consideran efectivamente descubrimiento. Pero como científicos, Heuer, Incandela y Gianotti precisaron una y otra vez que los que los datos de los experimentos muestran es la existencia de una nueva partícula, un bosón, con esa masa. Ahora tienen que volcarse en la investigación de sus características para estar seguros de que se trata del bosón de Higgs predicho en el Modelo Estándar, la partícula que lo completa, la que faltaba en el puzle.
“Sin masa, el universo sería un lugar muy diferente”, explican los científicos del CERN. “Por ejemplo, si el electrón no tuviera masa, no habría química, ni biología ni personas. Además, el Sol brilla gracias a una delicada interacción entre las fuerzas fundamentales de la naturaleza que no funcionaría si algunas de esas partículas no tuvieran masa”.
El Higgs del Modelo Estándar no es el final, no es la meta, sino el punto de partida de la investigación del universo más allá de la física conocida, recalcó Gianotti. Sandro Bertolucci, director científico del CERN, apuntó la importancia de “los desconocidos no conocidos”, es decir, de las nuevas partículas y fenómenos que pueden ir surgiendo en los datos del LHC. No hay que olvidar que la materia corriente, la que forma personas, piedras, astros… y que se rige por el Modelo Estándar, supone solo el 4% del universo. El resto es energía oscura y materia oscura, y de esta última los físicos del CERN esperan encontrar indicios en el futuro.
El mecanismo de Higgs es algo tremendamente técnico, pero a lo largo de los años se han propuesto numerosos paralelismos para aclararlo. Una de las ideas más eficaces es la propuesta por el físico del CERN Gian Francesco Giudice en su libro A Zeptospace Universe: las partículas adquieren masa al interaccionar con el llamado campo de Higgs. Piense en agua en la que nadan delfines y se bañan hipopótamos, dice Giudice; para las partículas que no tienen masa, como el fotón, el agua es totalmente transparente, como si no existiera, mientras que las que tienen masa, pero poca, se deslizan fácilmente sin apenas interactuar con el líquido, como los delfines. Las partículas masivas, como si fueran hipopótamos, se mueven con dificultad en el agua. El campo de Higgs, el agua en el símil, se expresa en determinadas condiciones como una nueva partícula, como una ola en el agua, que es la que probablemente han encontrado ahora los físicos experimentales del LHC.
Para lograrlo, los científicos han tenido que analizar billones de colisiones de protones contra protones en el LHC, porque en esos choques a altísima energía, muy de vez en cuando, puede crearse un bosón de Higgs. Como es muy raro que se produzca, necesitan cantidades ingentes de choques para obtener la señal suficientemente clara de que está ahí, de que no es un ruido del experimento ni producto de los artefactos estadísticos del experimento. En realidad, los físicos no ven el Higgs, porque se desintegra inmediatamente, sino los productos de esas desintegraciones, que son como su firma. Luego reconstruyen los restos y ven si el Higgs ha existido en algún instante.
La presentación del descubrimiento, tras varios días de especulaciones y rumores, no podía ser más esperada. Mucha gente hizo cola durante la noche a las puertas del CERN para asegurarse la entrada en el auditorio y presenciar en directo el momento histórico, que se transmitió por Internet a todo el mundo.
La de este martes fue una ocasión de enorme satisfacción para los miles de científicos (más de 3.000 en CMS y otros tantos en ATLAS) que han trabajado durísimo, aportando talento y entusiasmo, repitieron una y otra vez Incandela y Gianotti, sin olvidar “las fabulosas prestaciones del LHC” y del sistema de computación distribuida, el Grid, que ha permitido analizar los datos de billones de colisiones de partículas.
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Científicos del Laboratorio Europeo de Física de Partículas (CERN) han presentado el 14 de marzo de 2013 en una conferencia celebrada en Moriond (Italia) nuevos resultados que confirman que la partícula descubierta el año pasado es el mítico bosón de Higgs.
Tras analizar una cantidad de datos dos veces y media mayor que la disponible para el anuncio de julio, los investigadores de ATLAS y CMS observan que la nueva partícula se parece cada vez más a un bosón de Higgs, la partícula asociada al mecanismo que da masa a las partículas elementales.
"Los resultados preliminares tras analizar todos los datos de 2012 son magníficos, y para mí está claro que estamos ante un bosón de Higgs, aunque todavía nos queda mucho camino para saber exactamente de qué tipo de bosón de Higgs estamos hablando", ha declarada Joe Incandela, el portavoz del experimento CMS.
Según explica el Centro Nacional de Física de Partículas (CPAN) en un comunicado, de momento sigue sin resolverse si se trata del bosón de Higgs del Modelo Estándar de Física de Partículas, o posiblemente el más ligero de una serie de bosones predichos por algunas teorías que van más allá del Modelo Estándar. Encontrar la respuesta llevará más tiempo.
Si es un bosón de Higgs o no se demuestra por cómo interactúa con otras partículas y por sus propiedades cuánticas. Por ejemplo, se cree que un bosón de Higgs tendría espín 0, una propiedad que define las partículas, y su paridad, otra de sus propiedades que mide cómo se comporta su imagen especular, debe ser positiva.
CMS y ATLAS han comparado un número de opciones del espín y la paridad de la nueva partícula, y todas ellas muestran una preferencia hacia un espín 0 y una paridad positiva, características compatibles con un bosón de Higgs.
Para determinar si es el bosón de Higgs del Modelo Estándar, las colaboraciones ATLAS y CMS tienen que medir con precisión la tasa en la que el bosón se desintegra en otras partículas y compararla con las predicciones teóricas. La detección de este bosón es un suceso muy raro, ocurre alrededor de cada billón de colisiones protón-protón. Caracterizar todos los modos en los que se desintegra requerirá muchos más datos del LHC.
En el LHC participan más de 200 científicos de 10 centros de investigación y universidades españolas.
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El LHC descubre un nuevo tipo de partícula: el Pentaquark
El CERN ha confirmado el 14 de julio de 2015, el descubrimiento de una nueva clase de partícula subatómica conocida como pentaquark. El hallazgo se ha producido gracias al experimento LHCb del Gran Colisionador de Hadrones. Y no solo supone el descubrimiento de una nueva partícula, también de una nueva estructura de la materia.
“Representa una forma de agregar los quarks, una forma que no se ha observado nunca antes durante más de 50 años de búsquedas experimentales. Estudiar sus propiedades podría permitirnos comprender mejor cómo está constituida la materia, los protones y neutrones de los que todos estamos hechos”. Así ha resumido en un comunicado Guy Wilkinson, portavoz del experimento LHCb, el importante hallazgo de hoy.
Los quarks son los constituyentes fundamentales de la materia. En esencia, son partículas subatómicas que se unen para formar partículas mayores, como los protones y los neutrones (formados por tres quarks). Los quarks fueron propuestos en 1964 por primera vez por el físico estadounidense Murray Gell-Mann, y su descubrimiento cambió para siempre la física.
Hasta ahora se sabía que los quarks no se encontraban aislados en la naturaleza, sino formando grupos de dos quarks, conocidos como mesones (pares de quarks hechos de materia y antimateria), de tres quarks, conocidos como bariones, o para formar también protones y neutrones. Sin embargo, desde hace años se especulaba que podrían llegar a componer otras formaciones, en concreto de cinco quarks, generando una partícula subatómica llamada hasta ahora pentaquark. Esta estaría formada por cuatro quarks de materia y uno de antimateria. Era solo teoría, no se había podido demostrar. Ahora, por primera vez en la historia, los científicos del CERN del experimento del LHCb han confirmado que los pentaquarks existen de verdad.
Para comprobar la existencia del pentaquark, los científicos observaron cómo bariones colisionando entre sí se descomponían en otras partículas, en concreto de un barión llamado Lambda b. A medida que se descomponían en otras tres partículas conocidas ya para los científicos, pudieron confirmar un periodo de transición en el que se generaban dos estados intermedios de la materia nunca observados hasta ahora.
“Utilizando la gran cantidad de datos recabados por el LHC, y la excelente precisión de nuestro detector, hemos examinado todas las posibilidades de estas señales, y concluido que solo se pueden explicar por los pentaquarks”, ha explicado en un comunicado Tomasz Skwarnicki, físico del CERN.
En definitiva, un importantísimo hallazgo científico que completa nuestros conocimientos sobre la física de partículas. Los investigadores ahora realizarán más experimentos para entender por completo cómo se unen los cinco quarks. No es el descubrimiento de la materia oscura que el CERN espera realizar en algún momento durante esta segunda etapa de actividad, pero es un enorme avance histórico. [vía CERN y arXiv]
