¿COMO SE LLEGO A LA IDEA DEL BOSÓN DE HIGGS?

"La duda es la madre de la invención" Galileo Galilei.

¿De que está hecho el universo? ,¿Hay alguna fuerza que lo gobierne?,¿ cómo decide la naturaleza a qué partículas les asigna masa y a cuáles no?

En los últimos 100 años los físicos se han esforzado muchísimo para tener respuestas a está pregunta, antes de nada vamos a comentar las 4 partículas elementales y donde se pueden encontrar. Al ser tan pequeñas solo se pueden observar a gran escala microscopica;

-Los electrones, estas orbitan dentro de un átomo

-Luego las dos partículas conocidas como Quarks, que forman el núcleo en el centro del átomo.

-Por último están los neutrinos, que pueden escapar del núcleo

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Entonces, nos surge la siguiente duda ¿ Que fuerza provoca que estas partículas elementales permanezcan dentro de los átomos o que escapen de ellos?

Sabemos que los electrones se sienten atraídos por el núcleo gracias a la fuerza electromagnética, la unión de los dos tipos de Quarks que forman un núcleo es lo que se bautizo como interacción nuclear fuerte y lo que causa que los neutrinos se independicen del núcleo es una interacción débil.

Los físicos creen que si comprendieran las cuatro partículas elementales y estas tres fuerzas podrían llegar a explicar cualquier cosa del universo.

Todo comenzó en el siglo XX, un genio físico llamado Paul Dirac tuvo la intención de buscar una formula que lo explicase todo, así que al principio comenzó estudiando los electrones (era la única partícula elemental que ya se había descubierto).

En aquellos tiempo las propiedades de los electrones se describían con la ecuación de Schrodinger, con esta formula era posible calcular su energía, sin embargo ciertas características que no podían explicarse con dicha ecuación. Los electrones al igual que la tierra, giran en su propio eje y tenían propiedades parecidas a un imán.

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"Las leyes físicas han de tener belleza matemática" este era el lema de Paul Dirac, mientras los científicos de esa época explicaban sus ecuaciones basadas en experiencia y observaciones, Dirac se empeñaba en que sus ecuaciones tuvieran belleza y para los físicos la belleza es igual a la simetría.

¿Pero a que se refieren con simetría? La simetría es simplemente la afirmación de que algo se ve igual desde diferentes puntos de vista, por ejemplo, un cuadrado se ve igual cuando cambiamos el punto de vista a 90º . Podemos afirmar que las leyes de la naturaleza no cambian de forma ni de contenido cuando cambiamos de forma concreta nuestro punto de vista" según Steven Weinberg, físico estadounidense , en el 1979 ganó el Premio Nobel de Física.

Había otro tipo de belleza que Dirac valoraba muchísimo, la simetría de Lorentz , y estaba relacionada con la teoría de la Relatividad de Einstein y describe como el tiempo y el espacio son lo mismo. Con esta teoría Dirac obtuvo como conclusión "si había algo parecido a un mapa del universo su belleza sería indudablemente perfecta, es decir, exhibiría diferentes tipos de simetría"

En el 1928 publico su ensayo, en el publicaba la ecuación de Dirac, la ecuación era eficaz y lograba explicar con precisión las misteriosas propiedades de los electrones incluyendo su movimiento y su magnetismo e incluso hizo que cumpliera la simetría de Lorentz.

Posteriormente, se comprobó que la ecuación de Dirac también era aplicable a los neutrinos y los Quarks que se descubrirían mas adelante. Al incorporar todo tipo de simetría se había descubierto por fin una formula que explicaba perfectamente las partículas elementales.

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"La ecuación de Dirac posee tremendas simetrías que anteriormente no eran tan obvias así que ayudo muchísimo a la hora que la gente pensara en la simetría en general" según Freeman Dyson un físico y matemático.

Entonces ¿que fuerza une a las partículas elementales y las mueven?

Primero se conoció la fuerza electromagnética, es la que atrae los electrones al núcleo pero también une átomos para crear diferentes substancias, en los años 30 Robert Oppenheimer ( el padre de la Bomba Atómica durante la segunda guerra mundial) se propuso encontrar la fuerza electromagnética

Oppenheimer junto con Dirac, intentaban desarrollar una formula que poseyera los cuatro tipos de belleza matemático incluyendo la simetría Gaich, entonces surgió una nueva formula, era una versión evolucionada de la ecuación de Dirac. Poseía las cuatro simetrías y podía explicar las propiedades de la fuerza electromagnética.

La formula describía un mundo increíble, los electrones emitían fotones (partículas de luz) que conectan los electrones al núcleo, la idea se basaba en que eran las partículas quienes poseían la fuerza, esta formula lograría explicar el misterio del universo.

Sin embargo, " Al descubrir que cierta cuantía física era calculada e infinita todo dejo de tener sentido" según Pierre Ramond profesor de física.

Pues cuando se hicieron los cálculos, los resultados indicaban que la energía de los electrones era infinita por lo tanto la materia no podría existir. Oppenheimer y su equipo trabajaron bastante para entender porque daba tal resultado, pero no consiguieron resolver el problema del infinito.

Además recién, empezó la segunda guerra mundial y muchos físicos se fueron para estudiar nuevas combinaciones nucleares, Oppenheimer era uno de ellos, su bomba atómica mato a millones de personas. Este presenciando el éxito de su creación se deprimió arrepentido de lo que hizo, pues dijo "Me dieron todos los poderes de la vida y soy la muerte" y luego promovió el control internacional de la energía atómica y se distanció del régimen estadounidense, que llegó a considerarlo peligroso. Sin embargo el ser humano tiene derecho a decidir y él sabía lo que pasaría.

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Volviendo al tema, en el 1948 cuando batalla con su consciencia despues de la guerra recibio una carta de Shin'ichirō Tomonaga un físico japones, Tomonaga afirmaba haber resuelto el problema del infinito.

Oppenheimer le conmovió recibir una carta de un país al que había atacado, así que reenvió la carta a varios físicos y le pidió a Tomonaga que escribiera un articulo lo antes posible para poder publicarlo para difundirlo ampliamente. De esta manera, Tomonaga escribió el articulo y con la ayuda de Oppenheimer se publico en la revista "physical review" .

Todos se asombraron ya que el trabajo de Tomonaga resolvía el problema a la perfección, dio resultados a unos cálculos que coincidían los resultados experimentales, en un nivel muy preciso, como por ejemplo la fuerza del magnetismo.

Más tarde, Chen Ning Yang estudio la interacción nuclear fuerte de los Quarks y la interacción nuclear débil que hace que los neutrinos se escapen del núcleo. "Pensé que debía existir un principio fundamental y efectivamente me di cuenta que existía un principio fundamental para las interacciones electromagneticas" comentó Yang.

Yang y su compañero Mills publicaron sus estudios donde demostraban con una formula que describía la fuerza de las partículas elementales del universo. Pero, había algo que no entraba dentro de la razón , en el articulo describían que la masa de las partículas con interacciones fuertes o débiles fuera 0 sin importar como se calculara, previamente se sabia que los fotones no tenían masa sin embargo lo demás en principio sí que tenia.

Además, posteriores avances en la investigación de la simetría sugería que no solo las partículas transportadoras de fuerza sino que todas las partículas elementales no tenían masa, por lo tanto el universo entero no tenia masa y eso era imposible , ya que todas las partículas saldrían volando y nosotros no existiríamos.

Por lo tanto, aquí viene el problema de la masa y esta la resuelve el Bosón de Higgs, que lo explicaré con más detalle en el próximo articulo para no hacer este muy largo.