Bosó de Higgs

De Viquipèdia
Dreceres ràpides: navegació, cerca
Bosó de Higgs
Una simulació del detector CMS del Gran Col·lisionador d'Hadrons, mostrant com es preveu que siguin les traces del bosó de Higgs.
Una simulació del detector CMS del Gran Col·lisionador d'Hadrons, mostrant com es preveu que siguin les traces del bosó de Higgs.
Grup Bosons
Estat Hipotètica
Antipartícula Bosó de Higgs
Teorització Peter Higgs (1964)
Massa 100-150GeV/c2
Moment magnètic 0
Espín 0

El bosó de Higgs o partícula de Higgs és una partícula elemental proposada pel model estàndard de la física de partícules. Aquesta partícula té una importància fonamental, ja que la seva existència confirmaria l'existència del camp de Higgs, que en el model estàndard permet donar una explicació al fet que algunes partícules com ara el fotó no tinguin massa i d'altres, els bosons W i Z, sí que en tinguin.

Per la seva importància el bosó de Higgs ha estat objecte d'una cerca intensiva per part de diversos grups experimentals. El 4 de juliol del 2012 el CERN anuncià el descobriment d'una nova partícula, de massa al voltant dels 125-127 GeV, i compatible amb el bosó de Higgs.[1] Tanmateix, calien nous experiments per a comprovar-ne les propietats i determinar si es tractava del bosó de Higgs del model estàndard o d'un hipotètic altre bosó amb propietats similars.

El nom d'aquesta partícula es deu al fet que es tracta d'un bosó i al nom d'un dels seus proponents. El mecanisme de Higgs, el que dóna massa als bosons W i Z, va ser teoritzat l'any 1964 en tres articles de tres grups diferents: un de François Englert i Robert Brout, un altre de Peter Higgs, i finalment un tercer de Gerald Guralnik, Carl R. Hagen i Tom W. B. Kibble. L'any 1967 Steven Weinberg i Abdus Salam van incorporar el mecanisme de Higgs de ruptura espontània de simetria dins la teoria electrofeble de Sheldon Glashow, en el que acabaria esdevenint el model estàndard de la física de partícules.

En alguns mitjans periodístics el bosó de Higgs ha estat anomenat la partícula de Déu arran de la publicació per Leon Lederman l'any 1993 d'un llibre divulgatiu sobre el mateix, titulat The God Particle: If the Universe Is the Answer, What Is the Question?


Visió teòrica general[modifica | modifica el codi]

un diagrama de Feynman d'una manera en què es pot produir un bosó de Higgs en un col·lisionador de partícules. Aquí, dos gluons fusionen en un quark cim/anticim que després es combina per a fer un Higgs neutre.

La partícula anomenada bosó de Higgs és un quàntum d'un dels components del camp de Higgs. En un espai buit, el camp de Higgs adquireix un valor diferent de zero que roman constant en el temps i en tot lloc de l'univers. El valor esperat de buit (VEV) d'un camp de Higgs és constant i igual a 246 GeV. L'existència d'un VeV no zero té una importància fonamental: dóna una massa a cada partícula elemental, incloent al bosó de Higgs. En particular, l'adquisició espontània d'un VeV diferent de zero trenca la simetria gaugiana electrofeble, un fenomen conegut com el mecanisme de Higgs. Aquest és el simple mecanisme capaç de donar massa a un bosó de gauge que és també compatible amb la Teoria de gauge.

En el model estàndard, un camp de Higgs consisteix en dos camps neutrals i dos carregats. Els dos components carregats i un del neutre són bosons de Goldstone, que no tenen massa i es converteixen, respectivament, en els components longitudinals de tercera-polarització dels bosons W i Z (massius). El quàntic dels restants components neutrals corresponen als bosons massius de Higgs. Un camp de Higgs és un camp escalar, el bosó de Higgs té un spin zero i no té moment angular intrínsec. El bosó de Higgs és també la seva pròpia antipartícula i té simetria CP.

El model estàndard no prediu el valor de la massa del bosó de Higgs. Si la massa d'aquest bosó és entre 115 i 180 GeV, llavors el model estàndard pot ser vàlid a totes les escales energètiques fins a l'escala de Planck (1016 TeV). Moltes teories estan a l'expectativa d'una nova física més enllà del model estàndard que podria sorgir a escales de TeV, basades en les manques del model estàndard. L'escala més alta possible de massa permesa en el bosó de Higgs (o en alguna ruptura espontània de simetria electrofeble) és d'un TeV; després d'aquest punt el model estàndard es torna inconsistent sense un mecanisme d'aquest tipus perquè la unicitat és violada en certs processos de dispersió. Molts models de supersimetria prediuen que el bosó de Higgs tindrà una massa només lleugerament per sobre dels actuals límits experimentals, a uns 120 GeV o menys.

Investigació experimental[modifica | modifica el codi]

Fins al 2009 el bosó de Higgs no ha estat detectat experimentalment, a pesar dels grans esforços d'investigació en els experiments dels acceleradors de partícules com el CERN o el Fermilab. La no obtenció de proves clares permet estimar un valor mínim experimental de massa 114,4 GeV per al bosó de Higgs del model estàndard, amb un nivell de confiança del 95%. Un petit nombre d'esdeveniments no concloents han estat registrats experimentalment en el col·lisionador LEP en el CERN. Aquests han pogut ser interpretats com a resultats dels bosons de Higgs, però l'evidència és inconclusa.[2] S'espera que el Gran Col·lisionador d'Hadrons, ja construït en el CERN i les primeres proves del qual es van realitzar el passat 10 de setembre del 2008, pugui confirmar o desmentir l'existència d'aquest bosó.

L'estudi més precís de les mesures permet concloure que el bosó massiu de Higgs del model estàndard té una magnitud major de 144 GeV amb un 95% de nivell de confiança,[3] així s'afirma des de març de 2007 (incorporant una mesura actualitzada de les masses del quark cim i del bosó W).

La recerca del bosó de Higgs és també l'objectiu de certs experiments del Tevatron en el Fermilab.

El 4 de juliol de 2012, les col·laboracions CMS i ATLAS del LHC fan públics els resultats preliminars de l'anàlisi de dades de 2012 i reporten el descobriment d'una nova partícula compatible amb el bosó de Higgs. CMS reporta un bosó de massa 125,3±0,6 GeV amb significança de 4,9 sigma, mentre que ATLAS afirma[4] el descobriment d'un bosó de 126,5 GeV amb una significança de 5,0 sigma.

Alternatives al mecanisme de Higgs per a la ruptura espontània de simetria electrofeble[modifica | modifica el codi]

Des dels anys en els quals va ser proposat el bosó de Higgs, han existit molts mecanismes alternatius al mecanisme proposat per Higgs. Totes les altres alternatives usen una dinàmica que interacciona fortament per a produir un valor esperat del buit que trenqui la simetria electrofeble. Una llista parcial d'aquests mecanismes alternatius és:


Vegeu també[modifica | modifica el codi]

Referències[modifica | modifica el codi]

  1. Nota de premsa del CERN: CERN experiments observe particle consistent with long-sought Higgs boson
  2. Searches for Higgs Bosons (pdf), from W.-M. Yao et al.. «Review of Particle Physics». J Phys. G, 33, 2006, pàg. 1.
  3. «Tevatron collider yields new results on subatomic matter, forces».
  4. «CERN experiments observe particle consistent with long-sought Higgs boson» (en anglès). CERN, 4/7/2012. [Consulta: 11/7/2012].
  5. S. Dimopoulos and L. Susskind. «Mass Without Scalars». Nucl.Phys.B, 155, 1979, pàg. 237-252.
  6. L. F. Abbott and E. Farhi. «Are the Weak Interactions Strong?». Phys.Lett.B, 101, 1981, pàg. 69.

Bibliografia[modifica | modifica el codi]

Enllaços externs[modifica | modifica el codi]

A Wikimedia Commons hi ha contingut multimèdia relatiu a: Bosó de Higgs Modifica l'enllaç a Wikidata