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. |
||||
| Propietats Generals | ||||
| Classificació : | Elemental | |||
| Grup : | Bosons | |||
| Antipartícula : | Bosó de Higgs | |||
| Història | ||||
| Estat : | Hipotètica | |||
| Teoritzada : | Peter Higgs (1964) | |||
| Propietats Físiques | ||||
| Massa : | 100-150GeV/c2 | |||
| Moment Magnètic : | 0 | |||
| Nombres Quàntics | ||||
| Espin : | 0 | |||
| Model estàndard (Física) | ||||
El bosó de Higgs és una partícula elemental hipotètica massiva, l'existència de la qual és predita pel model estàndard de la física de partícules. És l'única partícula del model estàndard que no ha estat observada fins al moment, però ocupa un rol important en l'explicació de l'origen de la massa d'altres partícules elementals, en particular la diferència entre el fotó (sense massa) i els bosons W i Z (relativament pesats).
Les partícules elementals amb massa i la diferència entre electromagnetisme (causat pels fotons) i la força feble (causada pels bosones/ W i Z) són crítics en molts aspectes de l'estructura microscòpica (i així macroscòpica) de la matèria. Amb això, si la partícula existeix, el bosó de Higgs tindria un enorme efecte en la física i el món d'avui.
Fins a 2008, cap experiment ha detectat directament l'existència del bosó de Higgs. El mecanisme de Higgs, el que dóna massa al vector bosó, va ser teoritzat en 1964 per Peter Higgs, François Englert i Robert Brout que treballaven en les idees de Philip Anderson, i independentment per G. S. Guralnik, C. R. Hagen i T. W. B. Kibble.[1] Higgs va proposar que l'existència d'una partícula escalar massiva podria ser una prova de la teoria, un comentari afegit a una carta a la revista Physical Review.[2][3] Steven Weinberg i Abdus Salam van ser els primers a aplicar el mecanisme de Higgs a la ruptura espontània de simetria electrofeble. La teoria electrofeble prediu a una partícula neutra la massa de la qual sigui no molt llunyana de la dels bosons W i Z.
Taula de continguts |
[modifica] Visió teòrica general
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 la 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.
[modifica] Investigació Experimental
Fins a 2009 el bosó de Higgs no ha estat observat experimentalment, a pesar dels grans esforços d'investigació en els experiments dels acceleradors de partícules com el CERN o el Fermilab. La no observació 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 resultats dels bosons de Higgs, però l'evidència és inconclusa.<[4] 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,[5] 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.
[modifica] Alternatives al mecanisme de Higgs per a la ruptura espontània de simetria electrofeble
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 interactua fortament per a produir un valor esperat del buit que trenqui la simetria electrofeble. Una llista parcial d'aquests mecanismes alternatius és:
- Technicolor[6] és la classe de model que intenta imitar la dinàmica de la força forta com camí per a trencar la simetria electrofeble.
- El model de Abbott-Farhi de composició dels bosons de vectors W i Z.[7]
[modifica] En la ficció
Cal esmentar que els bossons de Higgs es denominen de vegades, en alguns articles populars, com les 'Partícules de Déu' o 'Partícules Divines' arran del títol d'un llibre de divulgació científica escrit per Leon Lederman, guardonat amb el Premi Nobel de física el 1988. Aquesta forma d'anomenar-lo ha estat moltes vegades font d'embolics amb propietats fantàstiquess. En la teoria actual de la partícula solament es desconeix el valor exacte de la seva massa (i està per confirmar la seva existència).
[modifica] Referències
- ↑ Global Conservation Laws and Massless Particles
- ↑ Broken Symmetries and the Masses of Gauge Bosons
- ↑ P. Higgs (2001), review lecture "My life as a Boson".
- ↑ Searches for Higgs Bosons (pdf), from W.-M. Yao et al.. «Review of Particle Physics». J Phys. G, vol. 33, pàg. 1.
- ↑ «Tevatron collider yields new results on subatomic matter, forces».
- ↑ S. Dimopoulos and L. Susskind. «Mass Without Scalars». Nucl.Phys.B, vol. 155, pàg. 237-252.
- ↑ L. F. Abbott and E. Farhi. «Are the Weak Interactions Strong?». Phys.Lett.B, vol. 101, pàg. 69.
[modifica] Lectures Recomanades
- Y Nambu; G Jona-Lasinio. «Dynamical Model of Elementary Particles Based on an Analogy with Superconductivity». I Phys. Rev., vol. 122, pàg. 345-358.
- J Goldstone, A Salam and S Weinberg. «Broken Symmetries». Physical Review, vol. 127, pàg. 965.
- P W Anderson. «Plasmons, Gauge Invariance, and Mass». Physical Review, vol. 130, pàg. 439.
- A Klein and B W Lee. «Does Spontaneous Breakdown of Symmetry Imply Zero-Mass Particles?». Physical Review Letters, vol. 12, pàg. 266.
- F Englert and R Brout. «Broken Symmetry and the Mass of Gauge Vector Mesons». Physical Review Letters, vol. 13, pàg. 321.
- Peter Higgs. «Broken Symmetries, Massless Particles and Gauge Fields». Physics Letters, vol. 12, pàg. 132.
- Peter Higgs. «Broken Symmetries and the Masses of Gauge Bosons». Physical Review Letters, vol. 13, pàg. 508.
- G S Guralnik, C R Hagen and T W B Kibble. «Global Conservation Laws and Massless Particles». Physical Review Letters, vol. 13, pàg. 585.
- W Gilbert. «Broken Symmetries and Massless Particles». Physical Review Letters, vol. 12, pàg. 713.
- Peter Higgs. «Spontaneous Symmetry Breakdown without Massless Bosons». Physical Review, vol. 145, pàg. 1156.
[modifica] Enllaços externs
- Article divulgatiu sobre la natura del Bosó de Higgs(anglès)
- Grup de dades de partícules(anglès)
- informació sobre la partícules sense fòrmules(castellà)
- Bon resum en vídeo (castellà)
- The LEP Electroweak Working Group
- Particle Data Group: Review of searches for Higgs bosons
- The God Particle: If the Universe Is the Answer, What Is the Question?, by Leon Lederman, Dick Teresi, hardcover ISBN 0-395-55849-2, paperback ISBN 0-385-31211-3, Houghton Mifflin Co; (January 1993)
- Fermilab Results Change Estimated Mass Of Postulated Higgs boson
- Higgs boson on the horizon
- Signs of mass-giving particle get stronger
- Higgs boson: One page explanation:
- In 1993, the UK Science Minister, William Waldegrave, Baron Waldegrave of North Hill|William Waldegrave, challenged physicists to produce an answer that would fit on one page to the question "What is the Higgs boson, and why do we want to find it?"
[modifica] Vegeu també
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
