HABLEMOS DEL BOSÓN Y CAMPO DE HIGGS
19 Jul 2012, por Joaquin Gonzalez Alvarez :: Ensayos y estudios, ¬> Otros Sin Comentarios | 778 visitas
Dada la amplia publicidad que se le ha dado a la casi segura confirmación del buscado Bosón de Higgs, o si segura de que algo con las características predichas por los científicos para la muy importante partícula elemental ha sido detectada, de todos modos el mas importante acontecimiento científico de los últimos tiempos, se ha despertado gran interés por conocer detalles del evento en cuestión. Los medios han ofrecido alguna información sobre que es el Bosón de Higgs y han dado una idea muy elemental de su importancia, pero en general se ha ido mas al sensacionalismo y a un uso excesivo de lo metafórico, obviando ensayar un sencillo acercamiento didáctico sobre el fundamento científico del evento Higgs, asequible por lo menos a quienes hayan recibido de alguna manera, que puede ser el autodidactismo, conocimientos correspondientes a la enseñanza media.
Motivado por lo expuesto, he preparado este trabajo con el objetivo de dar una idea de lo relacionado con el Bosón de Higgs. lo mas asequible posible, elemental pero yendo al fundamento científico como se procede en la divulgación seria sin caer en la vulgarización. Para este propósito iré explicando en epígrafes separados los conceptos y términos necesarios para un mejor entendimiento.
Partículas elementales
Las partículas elementales son las que tienen dimensiones microscópicas como los electrones, protones, neutrones, etc. Dichas partículas poseen unos parámetros llamados números cuánticos, que las diferencian entre si; uno de esos números cuánticos es el espín, El número de espín puede ser fraccionario, entero o cero pero siempre pequeño. Las partículas con espín fraccionario se denominan fermiones y los de espín entero o cero, bosones. La partícula de Higgs es un bosón de espín cero.
Campo
El concepto de campo en física es tan importante como los de materia y energía. Para explicar lo que es campo en física comenzaremos por emplear el campo que más conocemos por estar constantemente actuando sobre nosotros y todos los cuerpos que nos rodean, nos estamos refiriendo al campo gravitatorio, en nuestro caso al terrestre. Soltamos por ejemplo una piedra a cualquier altura de la superficie de la Tierra y veremos como inmediatamente cae hasta el suelo. Pues bien esa caída se debe a la fuerza de atracción de la Tierra sobre un cuerpo a todo su alrededor. Cualquier cuerpo a todo el alrededor de la Tierra es influenciado por esa acción. A esa influencia que por sus propiedades características ejerce un cuerpo a todo su alrededor en el espacio, le llama la física campo. En el ejemplo nos referimos a campo gravitatorio, el cual lo ejerce cualquier cuerpo, pero que para sea detectado tiene que ser un cuerpo de gran masa como el caso de la Tierra.
Otro conocido por el ciudadano común es el campo magnético, hemos visto como un clavo u otro objeto de hierro es atraído por un imán al ser influenciado por el campo magnético de un imán. Otros campos importantes son el electromagnético y el Campo de Higgs.
A los cuerpos como la Tierra, un imán, etc. se les llama creadores de campo.
Partículas portadoras de los campos
La acción de los creadores se trasmite a los cuerpos influenciados mediante bosones propios de cada campo, llamados partículas portadoras. La portadora del campo electromagnético es el fotón y el famoso Bosón de Higgs lo es del Campo de Higgs.
Simetría y ruptura de simetría
Presentaremos los importantes conceptos de simetr[ia y ruptura de simetría mediante un ejemplo. Si miramos desde arriba la superficie del agua contenida en un vaso, al recorrerla con la vista en cualquier dirección no notaremos ninguna variación en su «aspecto», decimos que esa superficie presenta simetría.
Si la temperatura desciende lo suficiente, notaremos en la superficie fragmentos diseminados de escarcha, con lo cual al recorrerla con la vista el aspecto ya no será el mismo en todas las direcciones, decimos que ha habido ruptura de simetría
Debemos fijar en el fenómeno de ruptura de simetría algo que siempre va a ocurrir cuando se presente. Ocurrirá ordenación de elementos componentes del cuerpo o sistema, como en el ejemplo, de moléculas del agua para solidificarse en escarcha debido a descenso de temperatura. El proceso que acabamos de describir de ruptura de simetría, devendrá cada vez que se deshaga una uniformidad como la del agua líquida en el ejemplo al aparecer la escarcha. El descenso de temperatura propiciará también ruptura de simetría por aumentar la viscosidad del medio.
Veremos mas adelante como el Campo de Higgs, al dotar de masa a unas partículas y masa diferente o ninguna a otras, deshace una uniformidad que existía entre esas partículas antes del evento Higgs.
La masa como medida de la Inercia
Para que un cuerpo se ponga en movimiento o si ya se mueve, se detenga, es necesario que una fuerza actúe sobre el mismo.
A la tendencia natural de un cuerpo a mantener su estado de reposo o movimiento se le llama Inercia. Imaginemos un individuo arrastrando con determinada aceleración, una carretilla vacía ejerciendo una fuerza siempre igual. De momento arrojan sobre la carretilla un saco de arena, el movimiento se desacelerará, porque han dotado de más masa al cuerpo que se mueve. El cuerpo tiende al reposo por aumento de masa. La masa es una medida de la Inercia. Un aumento de masa significa un aumento de Inercia. Y a la inversa si por algún motivo aumenta la Inercia, por ejemplo si en vez de arrojarle el saco de arena, la carretilla con la misma fuerza, entra en un terreno fangoso, habrá también desaceleración, de modo que el terreno fangoso habrá dotado de más masa a la carretilla por aumento de Inercia. Un medio viscoso propiciará una desaceleración similar a la del terreno fangoso. Fijar que a menos aceleración más masa.
Como veremos, por algo muy parecido a lo anterior (desaceleración por viscosidad del medio igual a aumento de masa), el Campo de Higgs dota de masa en distintas cantidades a partículas que antes presentaban una uniformidad, propiciando la ruptura de simetría al deshacerse dicha uniformidad.
Con lo que hemos explicado en los epígrafes anteriores, ya nos encontramos en condiciones de ir directo al tema del Bosón de Higgs y su Campo, por lo cual el lector debe tener en mente lo que he adelantado sobre el evento Higgs, sobre todo como es que un campo dota de masa a partículas cuando estas son desaceleradas por un medio que hace resistencia a su movimiento.
Al suceder el Big Bang, la temperatura era extraordinariamente alta, y fue descendiendo aunque manteniéndose alta durante tiempo. Por encima de una de temperatura de 1 seguido de 28 ceros grados absolutos, en el universo existían los bosones W, Z, fotones y gluones, todos sin masa, había uniformidad. Al descender la temperatura a la antes citada, se produce una ruptura de simetría al tomar masa por los procesos explicados, el gluón deshaciéndose la uniformidad, Los bosones W, Z y fotón, siguen sin masa, la temperatura descendiendo con lo que las partículas tienden a agruparse por lo cual el medio va perdiendo fluidez, tiende a la viscosidad por «enfriamiento» (valga el eufemismo). Y al descender la temperatura a 1 seguido de 15 ceros grados absolutos, se rompe la simetría por deshacerse la uniformidad entre los tres bosones hasta ese momento sin masa, con la aparición del Campo de Higgs el cual es como un oceano viscoso que permea todo el espacio desacelerando las partículas, y por Inercia dota de masa a los bosones W y Z pero no al fotón el cual al ser un corpúsculo de energía luminosa y no de materia, no adquiere Inercia ya que el campo viscoso no lo desacelera.
Se habrá notado que no hemos usado la Matemática para que pueda llegar la explicación elemental a todos incluyendo a los que no tengan frescos los conocimientos de por lo menos la enseñanza media. De nuevo hago el llamamiento de lo necesario que es al humano de nuestros tiempos tener conocimientos básicos de Matemática, para permitirle acceder a información no sólo mas amplia sino muy bella de temas cruciales como el que hemos tratado en este trabajo. En alusión a lo que digo, finalizo con esta cita de Galileo:
El Universo es un libro escrito en el idioma de la Matemática.
Tags: bosón, campo, Higgs, masa, simetría
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