El bosón de Higgs es una partícula elemental en el modelo estándar de física de partículas. Es la excitación cuántica del campo de Higgs, [6] [7] un campo fundamental de importancia crucial para la teoría de la física de partículas [7] que se sospechaba que existía por primera vez en la década de 1960. A diferencia de otros campos conocidos como el campo electromagnético, tiene un valor constante distinto de cero en el vacío. La cuestión de la existencia del campo de Higgs se convirtió en la última parte no verificada del Modelo Estándar de física de partículas, y durante varias décadas se consideró “el problema central en la física de partículas”. [8] [9]
La presencia del campo, ahora confirmada por la investigación experimental, explica por qué algunas partículas fundamentales tienen masa cuando, en función de las simetrías que controlan sus interacciones, deberían no tener masa. También resuelve varios otros rompecabezas de larga data, como la razón del alcance extremadamente corto de la fuerza débil.
Aunque se cree que el campo de Higgs impregna todo el Universo, probar que su existencia estaba lejos de ser fácil. En principio, se puede demostrar que existe al detectar sus excitaciones, que se manifiestan como partículas de Higgs (el ‘bosón de Higgs’), pero son extremadamente difíciles de producir y detectar. La importancia de esta pregunta fundamental llevó a una búsqueda de 40 años y a la construcción de una de las instalaciones experimentales más caras y complejas del mundo hasta la fecha, el Gran Colisionador de Hadrones del CERN, [10] en un intento de crear bosones de Higgs y otras partículas para observación. y estudiar. El 4 de julio de 2012, se anunció el descubrimiento de una nueva partícula con una masa entre 125 y 127 GeV / c2; los físicos sospechaban que era el bosón de Higgs. [11] [12] [13] Desde entonces, se ha demostrado que la partícula se comporta, interactúa y decae en muchas de las formas predichas para las partículas de Higgs por el Modelo Estándar, además de tener paridad uniforme y giro cero, [1] dos atributos fundamentales de un bosón de Higgs. Esto también significa que es la primera partícula escalar elemental descubierta en la naturaleza. [14] Se necesitan más estudios para verificar con mayor precisión que la partícula descubierta tiene propiedades que coinciden con las predichas para el bosón de Higgs por el modelo estándar, o si, como lo predicen algunas teorías, existen múltiples bosones de Higgs. [3]
El bosón de Higgs lleva el nombre de Peter Higgs, uno de los seis físicos que, en la simetría de PRL de 1964, propuso el mecanismo de Higgs que sugería la existencia de dicha partícula. El 10 de diciembre de 2013, dos de ellos, Peter Higgs y François Englert, recibieron el Premio Nobel de Física por su trabajo y predicción (el co-investigador de Englert, Robert Brout, había muerto en 2011 y el Premio Nobel normalmente no se otorga a título póstumo). [15] Aunque el nombre de Higgs se ha asociado con esta teoría, varios investigadores entre 1960 y 1972 desarrollaron de forma independiente diferentes partes de la misma. En los principales medios de comunicación, el bosón de Higgs a menudo se ha llamado la “partícula de Dios“, de un libro sobre el tema en 1993; [16] el apodo es muy desagradable para muchos físicos, incluido Higgs, que lo consideran sensacionalista. [17] [18] ] [19]
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En el modelo estándar, la partícula de Higgs es un bosón sin espín, carga eléctrica o carga de color. También es muy inestable y se descompone en otras partículas casi de inmediato. Es una excitación cuántica de uno de los cuatro componentes del campo de Higgs. Este último constituye un campo escalar, con dos componentes neutros y dos con carga eléctrica que forman un doblete complejo de la simetría de isospin SU (2) débil. El campo de Higgs es taquiónico, lo que no se refiere a velocidades más rápidas que la luz, pero significa que la ruptura de simetría a través de la condensación de una partícula debe ocurrir bajo ciertas condiciones. El campo de Higgs tiene un potencial en forma de “sombrero mexicano” con fuerza distinta de cero en todas partes (incluido el espacio vacío), que en su estado de vacío rompe la simetría de isospin débil de la interacción electrodébil. Cuando esto sucede, tres componentes del campo de Higgs son “absorbidos” por los bosones de calibre SU (2) y U (1) (el “mecanismo de Higgs”) para convertirse en los componentes longitudinales de los bosones W y Z ahora masivos de los fuerza débil El componente eléctricamente neutro restante se manifiesta como una partícula de Higgs o puede acoplarse por separado a otras partículas conocidas como fermiones (a través de acoplamientos Yukawa), lo que hace que estos también adquieran masa. Algunas versiones de la teoría predijeron más de un tipo de campos y bosones de Higgs. Se podrían haber considerado modelos alternativos “Higgsless” si no se hubiera descubierto el bosón de Higgs.