bosón de Higgs

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El Bosón de Higgs es una partícula elemental hipotética que se predice que existe por el Modelo Estándar (SM) de física de partículas. El campo de Higgs es un campo cuántico hipotético y ubicuo que tiene un valor distinto de cero en su estado fundamental. Este valor distinto de cero explica por qué las partículas fundamentales como los quarks y los electrones tienen masa. El bosón de Higgs es una excitación elemental del campo de Higgs por encima de su estado fundamental.Día dos. Tengo tiempo suficiente para mí, así que voy a volver a estudiar física profunda. Tal vez no voy a desarrollar una carrera profesional exitosa, pero tal vez algún día agarre el Premio Nobel … hablemos del bosón de Higgs, de qué se trata y de qué estamos hablando. La existencia del bosón de Higgs es predicho por el Modelo Estándar para explicar cómo se produce la ruptura espontánea de la simetría de electroválvula (el mecanismo de Higgs) en la naturaleza, lo que a su vez explica por qué otras partículas elementales tienen masa. Su descubrimiento validaría aún más el Modelo Estándar como esencialmente correcto, ya que es la única partícula elemental predicha por el Modelo Estándar que aún no se ha observado en experimentos de física de partículas. El modelo estándar corrige por completo las propiedades del bosón de Higgs, excepto su masa. Se espera que no tenga giro ni carga eléctrica o de color, e interactúa con otras partículas a través de interacciones débiles e interacciones Yukawa. Las fuentes alternativas del mecanismo de Higgs que no necesitan el bosón de Higgs también son posibles y se considerarían si se descartara la existencia del bosón de Higgs. Se conocen como modelos de Higgsless. Los experimentos para descubrir si existe o no el bosón de Higgs se están realizando actualmente utilizando el Gran Colisionador de Hadrones (LHC) en el CERN, y se realizaron en Tevatron de Fermilab hasta su cierre a fines de 2011. La consistencia matemática del Modelo Estándar requiere que cualquier mecanismo capaz de generar las masas de partículas elementales se haga visible a energías superiores a 1,4 TeV; por lo tanto, se espera que el LHC (diseñado para colisionar dos haces de protones de 7 TeV) pueda responder la pregunta de si el bosón de Higgs realmente existe o no. En diciembre de 2011, los dos experimentos principales en el LHC (ATLAS y CMS) informaron de forma independiente que sus datos sugieren la posibilidad de que el Higgs pueda existir con una masa de alrededor de 125 GeV / C 2 (alrededor de 133 masas de protones, del orden de 10 – 25 kg). También informaron que el rango original bajo investigación se ha reducido considerablemente y que una masa fuera de aproximadamente 115–130 GeV / c 2 está casi descartado. Todavía no existe una respuesta concluyente, aunque se espera que el LHC proporcione datos suficientes para finales de 2012 para una respuesta definitiva. Los físicos de partículas creen que la materia está hecha de partículas fundamentales cuyas interacciones están mediadas por partículas de intercambio conocidas como portadores de fuerza. A principios de la década de 1960, se descubrieron o propusieron varias de estas partículas, junto con teorías que sugieren cómo se relacionan entre sí. Sin embargo, se sabía que estas teorías eran incompletas. Una omisión fue que no podían explicar los orígenes de la masa como una propiedad de la materia. El teorema de Goldstone, relacionado con las simetrías continuas dentro de algunas teorías, también pareció descartar muchas soluciones obvias. El mecanismo de Higgs es un proceso por el cual los bosones vectoriales pueden descansar en masa sin romper explícitamente la invariancia del medidor. La propuesta para un mecanismo de ruptura de simetría tan espontáneo fue originalmente sugerido en 1962 por Philip Warren Anderson y desarrollado en un modelo relativista completo en 1964 de manera independiente y casi simultánea por tres grupos de físicos: François Englert y Robert Brout; por Peter Higgs y por Gerald Guralnik, C. R. Hagen y Tom Kibble (GHK). Las propiedades del modelo fueron consideradas por Guralnik en 1965 y por Higgs en 1966. Los documentos mostraron que cuando una teoría de calibre se combina con un campo adicional que rompe espontáneamente el grupo de simetría, los bosones de calibre pueden adquirir consistentemente una masa finita. En 1967, Steven Weinberg y Abdus Salam fueron los primeros en aplicar el mecanismo de Higgs a la ruptura de la simetría de electroválvulas, y mostraron cómo un mecanismo de Higgs podría incorporarse a la teoría de electroválvulas de Sheldon Glashow, en lo que se convirtió en el Modelo Estándar de la física de partículas. La última actualización de las búsquedas de ATLAS para el bosón de Higgs modelo estándar se presentó en un seminario del CERN el 13 de diciembre de 2011 Como se indicó en el comunicado de prensa del CERN, los nuevos resultados de ATLAS y CMS son “suficientes para lograr un progreso significativo en la búsqueda del bosón de Higgs, pero no lo suficiente como para hacer una declaración concluyente sobre la existencia o no de la evasiva Higgs. Se han observado indicios tentadores en ambos experimentos en la misma región masiva, pero aún no son lo suficientemente fuertes como para reclamar un descubrimiento. ” “Hemos restringido la región masiva más probable para el bosón de Higgs a 115-130 GeV, y en las últimas semanas hemos comenzado a vemos un intrigante exceso de eventos en el rango de masa alrededor de 125 GeV “, explicó la portavoz del experimento ATLAS Fabiola Gianotti. “Este exceso puede deberse a una fluctuación, pero también podría ser algo más interesante. No podemos concluir nada en esta etapa. Necesitamos más estudio y más datos. Dado el desempeño sobresaliente del LHC este año, no necesitaremos esperar mucho tiempo para obtener suficientes datos y podemos esperar resolver este enigma en 2012 ”. El experimento CMS también ha actualizado sus resultados en esta misma región de baja masa. El modelo estándar predice el bosón de Higgs. A través del campo de Higgs, da masa a las partículas fundamentales. Tiene una vida tan corta que se descompone casi instantáneamente, y el experimento solo puede observar las partículas en las que se descompone. Se espera que el bosón de Higgs se descomponga en varias combinaciones distintas de partículas, y lo más intrigante de estos resultados es que se observan pequeños excesos de eventos en más de un modo de descomposición y en más de un experimento. Para identificar y descubrir el bosón de Higgs se necesitarán una enorme cantidad de datos porque el bosón de Higgs rara vez se produce. Una declaración definitiva sobre la existencia o no existencia del Higgs no es probable hasta más adelante en 2012. Descubrimiento de el bosón de Higgs sería el primer paso en el camino hacia muchos otros nuevos avances. Límites experimentales de ATLAS en el modelo estándar de Higgs producción en el rango de masa 110-150 GeV. La curva sólida refleja los límites experimentales observados para la producción de Higgs de cada valor de masa posible (eje horizontal). La región para la cual la curva sólida se sumerge por debajo de la línea horizontal en el valor de 1 se excluye con un nivel de confianza (CL) del 95%. La curva discontinua muestra el límite esperado en ausencia del bosón de Higgs, basado en simulaciones. Las bandas verde y amarilla corresponden (respectivamente) al 68% y al 95% de las regiones de nivel de confianza de los límites esperados El modelo estándar no predice la masa del bosón de Higgs, pero sí predice la sección transversal de producción una vez que se conoce la masa. La “sección transversal” es la probabilidad de un evento de colisión de un tipo particular. ATLAS usa tramas como esta buscar pistas para el bosón de Higgs y también excluir regiones de masa donde es muy poco probable que se encuentre el Higgs. Este ejemplo no son datos reales, pero es una gráfica simplificada para mostrar cómo interpretamos los resultados de nuestras búsquedas del bosón de Higgs. El eje vertical muestra, en función de la masa de Higgs, la sección transversal de producción de bosones de Higgs que excluimos, dividida por la sección transversal esperada para la producción de Higgs en el modelo estándar en esa masa. Esto se indica mediante la línea negra continua. Esto muestra un nivel de confianza del 95%, lo que en efecto significa la certeza que una partícula de Higgs con la masa dada no existe. La línea negra punteada muestra el límite esperado medio (promedio) en ausencia de un Higgs. Las bandas verde y amarilla indican la correspondiente certeza de 68% y 95% de esos valores. Si la línea negra continua cae por debajo del valor de 1.0 como lo indica la línea roja, luego vemos a partir de nuestros datos que el bosón de Higgs no se produce con la sección transversal esperada para esa masa. Esto significa que los valores de una posible masa de Higgs se excluyen con una certeza del 95%. En este ejemplo, se descartarían dos regiones con una certeza del 95%: aproximadamente 135-225 GeV y 290-490 GeV. Si la línea negra continua está por encima de 1.0 y también algo por encima de la línea negra punteada (un exceso), entonces podría haber una pista de que existe el Higgs con una masa en ese valor. Si la línea negra sólida está en el borde superior de la banda amarilla, entonces puede haber un 95% de certeza de que esto está por encima de las expectativas. Podría ser una pista para un bosón de Higgs de esa masa, o podría ser un signo de procesos en segundo plano o de errores sistemáticos que no se comprenden bien. En este ejemplo, hay un exceso y la línea negra continua está por encima de 1.0 entre aproximadamente 225 y 290 GeV, pero el exceso no ha alcanzado un nivel estadísticamente significativo. Las regiones sombreadas rojo-gris muestran lo que está excluido. La “protuberancia” cerca de una masa de 250 GeV podría ser un ligero indicio de un bosón de Higgs en este ejemplo ficticio. Este gráfico muestra datos hipotéticos y expectativas que podrían usarse para establecer los límites que se muestran en la Figura A El verde La curva muestra resultados ficticios (ficticios) si hubiera un bosón de Higgs además de todos los fondos habituales. También podría representar las predicciones de alguna otra física nueva. La curva negra discontinua muestra lo que se espera de todos los procesos en segundo plano sin un Higgs o alguna física nueva. Los puntos negros muestran los datos hipotéticos. En este caso, los puntos de datos son demasiado bajos para explicar el bosón de Higgs hipótesis (o cualquier física nueva que represente la curva verde), por lo que podemos descartar esa hipótesis. Sin embargo, los datos los puntos son más altos que las expectativas para los procesos de fondo. Esto podría producir un exceso como se muestra a la izquierda en la Figura A. Hay tres posibles explicaciones para este exceso:

  1. Es una fluctuación estadística por encima de los procesos de fondo esperados.
  2. Eso es un problema sistemático debido a una comprensión imperfecta de los procesos en segundo plano.
  3. El exceso se debe a una nueva física diferente (que la hipotetizada) que predeciría un exceso menor.

Si, en cambio, los puntos negros se encuentran cerca de la curva verde, eso podría ser evidencia del descubrimiento del bosón de Higgs (si fuera estadísticamente significativo). Si los puntos negros se encuentran en o debajo de la curva negra discontinua (el fondo esperado), entonces no hay evidencia de un bosón de Higgs y, dependiendo de la significación estadística, el Hig El bosón gs puede descartarse en la masa correspondiente. Evento ATLAS que contiene cuatro muones. Este evento es consistente con la descomposición de dos partículas Z: ambas partículas Z se descomponen en dos muones cada una. Tales eventos son producidos por procesos del Modelo Estándar sin partículas de Higgs. También son una posible firma para la producción de partículas de Higgs, pero muchos eventos deben analizarse juntos para saber si hay una señal de Higgs. Esta vista (se ha eliminado la imagen original) es un zoom en la parte central del detector. Los cuatro muones se seleccionan como pistas rojas. Otras pistas y depósitos de energía en los calorímetros se muestran en amarillo. Después de leer esto, todos debemos tener ¡Un conocimiento perfecto sobre el bosón de Higgs, tan claro como el cristal! Así que me alegro de presentarte en este magnífico mundo. El talento siempre está por encima de la mediocridad.

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