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Monografia boson de higgs
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  • 1. INTRODUCCIÓN La masa es un concepto tan ordinario que uno ni se pregunta por qué lascosas tienen masa, por qué pesan, y se da por hecho de que el mundo es así.Pero desde el punto de vista teórico es una pregunta que tiene gran importanciaporque es muy difícil encontrar el mecanismo que dota a las partículas de esamasa. El mecanismo más ingenioso para explicarlo es el de Higgs, y unaconsecuencia necesaria es la existencia de esta partícula, el bosón de Higgs, queresulta ser la confirmación de que la teoría que se ha ideado para entender porqué las partículas tienen masa era correcta. Si no existiera el bosón de Higgs las partículas no tendrían masa y, al notenerla, lo que harían sería viajar a la velocidad de la luz como si fueran radiación.De esta manera el universo estaría lleno de energía que, simplemente, navegaríahacia un lado y hacia otro y nunca condensaría, no formaría estructuras. Este hallazgo sirve para cerrar un capítulo de la Física y abrir otro nuevo,en el que lógicamente surgirán nuevas cuestiones. Con este descubrimiento se rompen las barreras que impedían avanzar. El nombre de ‘partícula de dios’, como se ha dado en llamar en los mediosde comunicación al esperado bosón de Higgs, no parece ser aceptada por lacomunidad científica que no encuentra ningún fundamento para que sea asítratada con la carga religiosa que conlleva. En consecuencia eso tiene un origen completamente extracientífico. Fue unfísico, Lederman, que escribió un libro sobre partículas y le llamó `La PartículaMaldita´ (Goddammit, en inglés), pero al editor no le gustó porque no erapolíticamente correcto en Estados Unidos y el autor, con ironía, lo cambió por eltítulo de `La partícula de Dios´. Luego eso ha calado en los medios decomunicación, pero no tiene ninguna razón de ser”.
  • 2. I. LA FÍSICA DE PARTÍCULAS. 1.1 MODELO ESTÁNDAR: Actualmente en Física, la dinámica de la materia y de la energía en la naturaleza se entiende mejor en términos de cinemática e interacciones de partículas fundamentales. Hasta la fecha, la ciencia ha logrado reducir las leyes que parecen gobernar el comportamiento y la interacción de todos los tipos de materia y de energía que conocemos, a un conjunto pequeño de leyes y teorías fundamentales. Una meta importante de la física es encontrar la base común que uniría a todas éstas en una teoría del todo, en la cual todas las otras leyes que conocemos serían casos especiales, y de la cual puede derivarse el comportamiento de toda la materia y energía (idealmente a partir de primeros principios). Para facilitar la descripción, el modelo estándar se puede dividir en tres partes: A) Partículas de la materia, B) Partículas mediadoras de las fuerzas y C) El bosón de Higgs. A) PARTÍCULAS DE LA MATERIA: Según el modelo estándar toda la materia conocida está constituida por partículas que tienen una propiedad intrínseca llamada spin cuyo valor es 1/2. En los términos del modelo estándar todas las partículas de materia son fermiones. Por esta razón, siguen el principio de exclusión de Pauli de acuerdo con el teorema de la estadística del spin, y es lo que causa su calidad de materia. Aparte de sus antipartículas asociadas, el modelo estándar explica un total de doce tipos diversos de partículas de materia. Seis de éstos se clasifican como quarks (up, down, strange, charm, top y bottom), y los otros seis como leptones (electrón, muon, tau, y sus neutrinos correspondientes).
  • 3. LEPTONES QUARKSFamilias Nombre Símbolo Nombre Símbolo electrón e up u 1a neutrino e e down d muon µ charm c 2a neutrino µ µ strange s tau top t 3a neutrino  bottom bPartículas fundamentales del modelo estándar. Estas partículas de la materia también llevan cargas que las hacen susceptibles a las fuerzas fundamentales: • Cada quark puede llevar tres cargas de color: rojo, verde o azul, permitiéndoles participar en interacciones fuertes. • Los quarks tipo up (up, charm o top) llevan una carga eléctrica de +2/3, y los tipo down (down, strange y bottom) llevan una carga eléctrica de -1/3, permitiendo a ambos tipos participar en interacciones electromagnéticas. • Los leptones no llevan ninguna carga de color, son neutros en este sentido, evitándose que participen en interacciones fuertes. • Los leptones tipo down (electrón, muon, y tau) llevan una carga eléctrica de -1, permitiéndoles participar en interacciones electromagnéticas. • Los leptones tipo up (los neutrinos) no llevan ninguna carga eléctrica, evitándose que participen en interacciones electromagnéticas. • Los quarks y los leptones llevan varias cargas de sabor, incluyendo el isospin débil, permitiendo a todas ellas
  • 4. interaccionar recíprocamente vía la interacción nuclear débil. Pares de cada grupo (un quark tipo up, un quark tipo down, un leptón tipo down y su neutrino correspondiente) forman las familias. Las partículas correspondientes entre cada familia son idénticas la una a la otra, a excepción de su masa y de una característica conocida como su sabor.B) PARTÍCULAS MEDIADORAS DE FUERZAS: Las fuerzas en la física son la forma en que las partículas interactúan recíprocamente y se influyen mutuamente. Se cree que las partículas mediadoras de fuerza son la razón por la que existen las fuerzas y las interacciones entre las partículas observadas en el laboratorio y en el universo. Las partículas mediadoras de fuerza descritas por el modelo estándar también tienen spin (al igual que las partículas de materia), pero en su caso, el valor del spin es 1, significando que todas las partículas mediadoras de fuerza son bosones. Consecuentemente, no siguen el principio de exclusión de Pauli. Los diversos tipos de partículas mediadoras de fuerza son: • Los fotones median la fuerza electromagnética entre las partículas eléctricamente cargadas. El fotón no tiene masa y está descrito por la teoría de la electrodinámica cuántica. • Los bosones de gauge W+, W–, y Z0 median las interacciones nucleares débiles entre las partículas de
  • 5. diversos sabores (todos los quarks y leptones). Son masivos, con el Z0 más masivo que el . Las interacciones débiles que implican al actúan exclusivamente en partículas zurdas y no sobre las antipartículas zurdas. Además, el lleva una carga eléctrica de +1 y -1 y participa en las interacciones electromagnéticas. El bosón eléctricamente neutro Z 0 interactúa con ambas partículas y antipartículas zurdas. Estos tres bosones gauge junto con los fotones se agrupan juntos y medían colectivamente las interacciones electrodébiles. • Los ocho gluones median las interacciones nucleares fuertes entre las partículas cargadas con color (los quarks). Los gluones no tienen masa. La multiplicidad de los gluones se etiqueta por las combinaciones del color y de una carga de anticolor (es decir, Rojo-anti-Verde). Como el gluón tiene una carga efectiva de color, pueden interactuar entre sí mismos. Los gluones y sus interacciones se describen mediante la teoría de la cromodinámica cuántica. Las interacciones entre todas las partículas descritas por el modelo estándar se resumen en el cuadro siguiente: GRUPO FUERZA INTERACCIÓN BOSÓN SÍMBOLO GAUGE RELATIVAElectromagnética U(1) fotón Ɣ em = 1/137Débil SU(2) bosones intermedios W±, Z0 weak = 1,02 · 10-5Fuerte SU(3) gluones (8 tipos) g s(MZ) = 0,121
  • 6. C) BOSÓN DE HIGGS: La partícula de Higgs es una partícula elemental (con masa) predicha en el modelo estándar. Tiene spin s = 0, por lo que es un bosón. El bosón de Higgs desempeña un papel único en el modelo estándar, y un papel dominante en explicar los orígenes de la masa de otras partículas elementales, particularmente la diferencia entre el fotón sin masa y los bosones pesados W y Z. Las masas de las partículas elementales, y las diferencias entre el electromagnetismo (causada por el fotón) y la fuerza débil (causada por los bosones W y Z), son críticas en muchos aspectos de la estructura de la materia microscópica (y por lo tanto macroscópica). Hasta el año 2012, ningún experimento había detectado directamente la existencia del bosón de Higgs, aunque había una cierta evidencia indirecta de él. Todas las esperanzas estaban puestas en las investigaciones realizadas mediante el colisionador de hadrones del CERN. Este centro hizo el histórico anuncio del hallazgo de una partícula compatible con el Bosón de Higgs del modelo estándar el 4 de julio de 2012, confirmado por el experimento CMS y ratificado por ATLAS.II. BOSÓN DE HIGGS: 2.1. ¿QUÉ ES EL BOSON DE HIGGS? El Bosón de Higgs o partícula de Higgs es una partícula elemental propuesta en el Modelo estándar de física de partículas. El bosón de Higgs recibe su nombre de Peter Higgs quien, junto con otros, propuso el mecanismo de Higgs en 1964.
  • 7. Según el modelo estándar, el bosón de Higgs interaccionacon todas las partículas con masa, no posee spin ni carga eléctrica ode color, y como su nombre indica es un bosón. Además es muyinestable y se desintegra rápidamente, su vida media es del ordendel zeptosegundo. En algunas variantes del Modelo Estándar puedehaber varios bosones de Higgs. Si se demostrara que el bosón deHiggs no existe, otros modelos propuestos en los que no seinvolucra el Higgs podrían ser considerados. Debido a su posible papel en la producción de una propiedadfundamental de las partículas elementales y, sobre todo, al libro Lapartícula divina: si el universo es la respuesta, ¿cuál es la pregunta?de Leon Lederman, ganador del premio Nobel de Física en 1988, elbosón de Higgs ha sido denominado como la partícula de Dios en lacultura popular, aunque prácticamente todos los científicos loconsideran una exageración. Uno de los objetivos principales del LHC del CERN enGinebra, Suiza, cuyos experimentos empezaron en 2010, fue elprobar la existencia del Higgs y medir sus propiedades lo quepermitiría a los físicos confirmar esta piedra angular de teoríamoderna. Anteriormente también se intentó en LEP (un aceleradorprevio del CERN) y en Tevatron (de Fermilab, situado cerca deChicago en Estados Unidos). El 4 de julio de 2012 se presentaron en el CERN losresultados preliminares de los análisis conjuntos de los datostomados por el LHC en 2011 y 2012. Los dos principalesexperimentos del acelerador (ATLAS y CMS) anunciaron laobservación de una nueva partícula «compatible con el bosón deHiggs», con una masa de unos 125 GeV/c2. El estudio de laspropiedades de la nueva partícula, para confirmar si se trataefectivamente del bosón u otra posibilidad, necesita aún más tiempoy datos.
  • 8. 2.2. EL DESCUBRIMIENTO DE UN NUEVO BOSÓN. En una nota interna del CERN, del 21 de abril de 2011, se contextualizaba el rumor de que los físicos del LHC habían detectado por primera vez el bosón de Higgs. La nota interna habla de la observación de una resonancia en los 125 GeV, justo la clase de fenómeno que se esperaría detectar si se hubiera encontrado un bosón de Higgs en ese rango de energía. Sin embargo, el elevado número de eventos observados, hasta treinta veces más de los predichos en el modelo estándar de física de partículas, sorprendía a los propios investigadores. El 22 de junio de 2012 el CERN anunció un seminario cubriendo las conclusiones provisionales para el año 2012, y poco después comenzaron a difundirse, en los medios de comunicación, rumores de que esto incluiría un anuncio importante, pero no estaba claro si se trataba de una señal más fuerte o de un descubrimiento formal. El 4 de julio de 2012 el CERN comunicó, con la presencia de varios científicos, incluyendo al propio téorico del tema Peter Higgs, que había detectado, mediante el colisionador de hadrones, a un bosón con características similares a lo que se esperaría del Bosón de Higgs. Los datos obtenidos permiten estimar un valor mínimo experimental de masa 114.4 GeV, consistente con el bosón de Higgs del modelo estándar, con un nivel de confianza del 95%. Dos equipos independientes en el CERN llegaron a conclusiones similares: el CMS con 2,100 científicos y el Atlas con 3,000 investigadores. Experimentalmente se ha registrado un pequeño número de eventos no concluyentes en el colisionador LEP en el CERN. Estos han podido ser interpretados como resultados de los bosones de Higgs, pero la evidencia no es concluyente. Se espera que el Gran Colisionador de Hadrones, del CERN, pueda confirmar o desmentir la existencia de este bosón.
  • 9. 2.3. PROPIEDADES. Muchas de las propiedades del bosón de Higgs, tal y como se describe en el modelo estándar, están totalmente determinadas. Como su nombre indica, es un bosón con espín 0 (lo que se denomina un bosón escalar). No posee carga eléctrica ni carga de color por lo que no interacciona con el fotón ni con los gluones. Sin embargo interacciona con todas las partículas del modelo que poseen masa: los quarks, los leptones cargados y los bosones W y Z de la interacción débil. Sus constantes de acoplo, son conocidas: su valor es mayor cuanto mayor es la masa de la partícula correspondiente. En la versión original del modelo estándar, no se incluía la masa de los neutrinos ni, por tanto, una interacción entre estos y el Higgs. Aunque ésta podría explicar la masa de los neutrinos, en principio su origen puede tener una naturaleza distinta. El bosón de Higgs es además su propia antipartícula.2.4. INTERROGANTES PARA COMPRENDER MEJOR SOBRE EL BOSON DE HIGGS. 1. ¿De qué está formada la materia? La materia está formada por átomos. Un átomo es como un Sistema Solar en miniatura: tiene un gran núcleo central (compuesto por protones y neutrones) y a su alrededor giran los electrones. 2. ¿De qué están formados los protones y los neutrones? Los protones y los neutrones están formados de unas partículas más pequeñas que se llaman quarks. Hay 6 tipos de quarks y fueron bautizados con nombres un poco extraños: el quark “arriba”, el quark “abajo”, el quark “encanto”, el quark “extraño”, el quark “cima” y el quark “fondo”.
  • 10. Un protón está formado por 2 quarks “arriba” y 1 quark “abajo”. Un neutrón está formado por 1 quark “arriba” y 2 quarks “abajo”.3. ¿Y de qué están formados los electrones? Al contrario que los protones y los neutrones, los electrones son partículas elementales, es decir, no se pueden dividir más.4. Entonces el electrón y los quarks son partículas elementales, ¿Cuál es el problema? El problema es que no comprendemos por qué estas partículas tienen masas tan diferentes. Por ejemplo, un quark “cima” pesa 350.000 veces más que un electrón. Para darnos idea de lo que significa este número: es la misma diferencia de peso que hay entre una sardina y una ballena.5. ¿Cuál es la solución a este problema? En 1964, el físico inglés Peter Higgs, junto a otros colegas, propuso la siguiente solución: todo el espacio está relleno de un campo (que no podemos ver) pero que interacciona con las partículas fundamentales. El electrón interactúa muy poquito con ese campo y por eso tiene una masa tan pequeña. El quark “cima” interacciona muy fuertemente con el campo y por eso tiene una masa mucho mayor.6. ¿Problema resuelto? No. En física, una teoría sólo es válida si podemos verificarla con experimentos. La historia de la ciencia está repleta de teorías hermosísimas que resultaron ser falsas. El campo de Higgs es sólo una teoría. Para comprobarla necesitamos encontrar la partícula asociada al campo de Higgs: el llamado “bosón de Higgs”.
  • 11. 7. ¿Por qué es tan difícil observar el bosón de Higgs? Cuando queremos detectar el bosón de Higgs nos enfrentamos a 2 problemas fundamentales: A) Para generar un bosón de Higgs, se necesita muchísima energía. De hecho, se necesitan intensidades de energía similares a las producidas durante el Big Bang. Por eso hemos necesitado construir enormes aceleradores de partículas. B) Una vez producido, el bosón de Higgs se desintegra muy rápidamente. Es más, el bosón de Higgs desparece antes de que podamos observarlo. Sólo podemos medir los “residuos” que deja al desintegrarse. Estos dos problemas son de una complejidad tan tremenda que para resolverlos hemos necesitado el trabajo de miles de físicos durante varias décadas.9. ¿Una vez se confirme la teoría de Higgs, la física de partículas se ha terminado? No. La detección del bosón de Higgs es sólo el comienzo de nuevas aventuras (¡los físicos seguirán teniendo trabajo por mucho tiempo!). Todavía quedan decenas de problemas que están muy lejos de resolver. Algunos ejemplos: ¿qué es la materia oscura? ¿Cómo formular una teoría cuántica de la gravedad? ¿Los quarks y los leptones son verdaderamente partículas elementales o tienen una subestructura? ¿Todas las fuerzas se unifican a una energía suficientemente alta?
  • 12. III. ORGANIZACIÓN EUROPEA PARA LA INVESTIGACIÓN NUCLEAR (CERN). La Organización Europea para la Investigación Nuclear (nombre oficial), comúnmente conocida por la sigla CERN (usada en 1952, del francés Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire, es decir, Consejo Europeo para la Investigación Nuclear), es el mayor laboratorio de investigación en física de partículas a nivel mundial. Está situado en la frontera entre Francia y Suiza, entre la comuna de Meyrin (en el Cantón de Ginebra) y la comuna de Saint-Genis-Pouilly (en el departamento de Ain). Como una instalación internacional, el CERN no está oficialmente ni bajo jurisdicción suiza ni francesa. Los estados miembros contribuyen conjunta y anualmente con 1.000 millones de Francos Suizos (aproximadamente € 664 millones, US$ 1.000 millones). 3.1. Historia. Fundado en 1954 por 12 países europeos, el CERN es hoy en día un modelo de colaboración científica internacional y uno de los centros de investigación más importantes en el mundo. Actualmente cuenta con 20 estados miembros, los cuales comparten la financiación y la toma de decisiones en la organización. Aparte de éstos, otros 28 países no miembros participan con científicos de 220 institutos y universidades en proyectos en el CERN utilizando sus instalaciones. De estos países no miembros, ocho estados y organizaciones tienen calidad de observadoras, participando en las reuniones del consejo. El primer gran éxito científico del CERN se produjo en 1984 cuando Carlo Rubbia y Simon van der Meer obtuvieron el Premio Nobel de Física por el descubrimiento de los bosones W y Z. En
  • 13. 1992 le tocó el turno a Georges Charpak "por la invención y el desarrollo de detectores de partículas, en particular la cámara proporcional multihilos". El DIRECTOR GENERAL, por tradición científica, es nombrado por la organización y tiene una duración en sus funciones de cinco años, contabilizando desde el 1 de enero. El actual director es Rolf Dieter Heuer, desde enero de 2009.3.3. FUNCIONAMIENTO. El CERN se encuentra en Suiza, cerca de Ginebra, y próximo a la frontera con Francia. Cuenta con una serie de aceleradores de partículas entre los que destaca el, ya desmantelado, LEP (Large Electron-Positron Collider, Gran Colisionador Electrón-Positrón). Actualmente en su lugar se ha construido el LHC (Large Hadron Collider, Gran Colisionador de Hadrones), un acelerador protón- protón previsto para operar a mayor energía y luminosidad (se producirán más colisiones por segundo) de 27 km de circunferencia y que constituye el acelerador de partículas más grande construido hasta la fecha. Financiado con la colaboración de 60 países. Se espera que este incremento en energía y luminosidad permita descubrir el esquivo bosón de Higgs, así como confirmar o desestimar teorías de partículas como las teorías supersimétricas o las teorías de tecnicolor. La primera prueba de este último se realizó con éxito el 10 de septiembre de 2008. El éxito del CERN no es sólo su capacidad para producir resultados científicos de gran interés, sino también el desarrollo de nuevas tecnologías tanto informáticas como industriales. Entre los primeros destaca en 1990 la invención del WorldWideWeb por los científicos Tim Berners-Lee y Robert Cailliau, pero no hay que olvidar el desarrollo y mantenimiento de importantes bibliotecas matemáticas (CERNLIB ahora llamada ROOT) usadas durante
  • 14. muchos años en la mayoría de centros científicos, o también sistemas de almacenamiento masivo (el LHC almacenará un volumen de datos del orden de varios PB cada año). Entre los segundos podemos citar imanes de 9 T en varios metros, detectores de gran precisión, imanes superconductores de gran uniformidad a lo largo de varios kilómetros, etc. Para finales de 2010 los directivos del CERN anunciaron que habían conseguido producir y capturar átomos de antimateria por un lapso de más de una décima de segundo. Este hecho es importantísimo para la ciencia ya que abre un campo que, al menos en la práctica, era desconocido y podría proporcionar energía en cantidades inmensas.3.4. MIEMBROS. Los doce miembros fundadores fueron: Alemania (entonces Alemania Occidental), Bélgica, Dinamarca, Francia, Grecia, Italia, Noruega, Países Bajos, Reino Unido, Suecia, Suiza, Yugoslavia que luego se retiró. Todos los miembros fundadores se mantuvieron en el CERN, excepto Yugoslavia, que se retiró en 1961 y nunca volvió a formar parte. Desde su fundación, el CERN aceptó regularmente nuevos miembros. Todos ellos se mantuvieron dentro de la organización continuamente, excepto España, que se unió en 1961, se retiró en 1969 y volvió a unirse en 1983. La lista de miembros es la siguiente: Austria, se unió en 1959; España, se unió en 1961; Portugal, se unió en 1985; Finlandia, se unió en 1991; Polonia, se unió en 1991; Hungría, se unió en 1992; República Checa, se unió en 1993; Eslovaquia, se unió en 1993 (junto con la República Checa, incrementando el total de miembros a 19); Bulgaria, se unió en 1999.
  • 15. Actualmente hay 20 estados miembros. Ocho organizaciones internacionales o países tienen "estatuto de observador": Comisión Europea, India, Israel, Japón, Rusia, Turquía, Unesco, Estados Unidos. La lista de países no miembros involucrados en programas del CERN, la conforman: Argelia, Argentina, Armenia, Australia, Azerbaiján, Bielorrusia, Brasil, Canadá, Chile, China, Chipre, Colombia, Corea del Sur, Croacia, Eslovenia, Estonia, Ecuador, Georgia, Irán, Irlanda, Islandia, Marruecos, México, Pakistán, Perú, Rumania, Serbia, Sudáfrica, Taiwán y Ucrania.IV. GRAN COLISIONADOR DE HADRONES (LHC: LARGE HADRON COLLIDER). El Gran Colisionador de Hadrones, GCH (en inglés Large Hadron Collider, LHC) es un acelerador y colisionador de partículas ubicado en la Organización Europea para la Investigación Nuclear (CERN), cerca de Ginebra, en la frontera franco-suiza. Fue diseñado para colisionar haces de hadrones, más exactamente de protones, de hasta 7 TeV de energía, siendo su propósito principal examinar la validez y límites del Modelo Estándar, el cual es actualmente el marco teórico de la física de partículas, del que se conoce su ruptura a niveles de energía altos. Dentro del colisionador dos haces de protones son acelerados en sentidos opuestos hasta alcanzar el 99,99% de la velocidad de la luz, y se los hace chocar entre sí produciendo altísimas energías (aunque a escalas subatómicas) que permitirían simular algunos eventos ocurridos inmediatamente después del big bang. El LHC es el acelerador de partículas más grande y energético del mundo. Usa el túnel de 27 km de circunferencia creado para el Gran
  • 16. Colisionador de Electrones y Positrones (LEP en inglés) y más de 2000físicos de 34 países y cientos de universidades y laboratorios hanparticipado en su construcción. Una vez enfriado hasta su temperatura de funcionamiento, que es de1,9 K (menos de 2 grados por encima del cero absoluto o −271,15 °C), losprimeros haces de partículas fueron inyectados el 1 de agosto de 2008, y elprimer intento para hacerlos circular por toda la trayectoria del colisionadorse produjo el 10 de septiembre del año 2008. Aunque las primerascolisiones a alta energía en principio estuvieron previstas para el 21 deoctubre de 2008, el experimento fue postergado debido a una avería queprodujo la fuga del helio líquido que enfría uno de los imanessuperconductores. A fines de 2009 se volvió a poner en marcha, y el 30 de noviembredel 2010 se convirtió en el acelerador de partículas más potente alconseguir energías de 1,18 TeV en sus haces, superando el récord anteriorde 0,98 TeV establecido por el Tevatrón estadounidense. El 30 de marzode 2010 las primeras colisiones de protones del LHC alcanzaron unaenergía de 7 TeV (al chocar dos haces de 3,5 TeV cada uno) lo quesignificó un nuevo récord para este tipo de ensayos. En 2012 el LHCempezó a funcionar a 4 TeV por haz y al finalizar ese año entrará enparada durante 20 meses para realizar las mejoras necesarias para laoperación a la energía máxima de 7 TeV por haz; la reapertura estáprevista para finales de 2014. Teóricamente se espera que este instrumento permita confirmar laexistencia de la partícula conocida como bosón de Higgs, a veces llamada“partícula de la masa”. La observación de esta partícula confirmaría laspredicciones y "enlaces perdidos" del Modelo Estándar de la física,pudiéndose explicar cómo las otras partículas elementales adquierenpropiedades como la masa.
  • 17. 4.1. RED DE COMPUTACIÓN. La red de computación (Computing Grid en inglés) del LHC es una red de distribución diseñada por el CERN para manejar la enorme cantidad de datos que serán producidos por el Gran Colisionador de Hadrones. Incorpora tanto enlaces propios de fibra óptica como partes de Internet de alta velocidad. El flujo de datos provisto desde los detectores se estima aproximadamente en 300 Gb/s, que es filtrado buscando "eventos interesantes", resultando un flujo de 300 Mb/s. El centro de cómputo del CERN, considerado "nivel 0" de la red, ha dedicado una conexión de 10 Gb/s. Se espera que el proyecto genere 27 Terabytes de datos por día, más 10 TB de "resumen". Estos datos son enviados fuera del CERN a once instituciones académicas de Europa, Asia y Norteamérica, que constituyen el "nivel 1" de procesamiento. Otras 150 instituciones constituyen el "nivel 2". Se espera que el LHC produzca entre 10 a 15 Petabytes de datos por año. Para controlar la configuración primaria para las máquinas de la red de ordenadores del LHC se utiliza una distribución científica del sistema operativo Linux llamada Scientific Linux. Esta red se utiliza para recibir y distribuir los datos a los 100.000 CPU de todo el mundo que constituyen los niveles 1 y 2 de procesamiento.4.2. ALARMAS SOBRE POSIBLES CATÁSTROFES. Desde que se proyectó el Gran Colisionador Relativista de Iones (RHIC), el estadounidense Walter Wagner y el español Luis Sancho denunciaron ante un tribunal de Hawái al CERN y al Gobierno de Estados Unidos, afirmando que existe la posibilidad de que su funcionamiento desencadene procesos que, según ellos,
  • 18. serían capaces de provocar la destrucción de la Tierra. Sin embargosu postura es rechazada por la comunidad científica, ya que carecede cualquier respaldo matemático que la apoye. Los procesos catastróficos que denuncian son: A) La formación de un agujero negro estable. B) La formación de materia extraña supermasiva, tan estable como la materia ordinaria. C) La formación de monopolos magnéticos (previstos en la teoría de la relatividad) que pudieran catalizar el decaimiento del protón. D) La activación de la transición a un estado de vacío cuántico. A este respecto, el CERN ha realizado estudios sobre laposibilidad de que se produzcan acontecimientos desastrosos comomicroagujeros negros inestables, redes, o disfunciones magnéticas.La conclusión de estos estudios es que "no se encuentran basesfundadas que conduzcan a estas amenazas", para ello sostiene losiguiente: A) En el hipotético caso de que se creara un agujero negro, sería tan infinitamente pequeño que podría atravesar la Tierra sin tocar ni un solo átomo, ya que el 95% de estos son espacios vacíos. Debido a esto, no podría crecer y alcanzaría el espacio, donde su probabilidad de chocar contra algo y crecer, es aún más pequeña. B) El planeta Tierra está expuesto a fenómenos naturales similares o peores a los que serán producidos en el LHC:
  • 19.  Los rayos cósmicos alcanzan continuamente la Tierra a velocidades (y por tanto energías) enormes, incluso varios órdenes de magnitud mayores a las producidas en el LHC.  El Sol, debido a su tamaño, ha recibido 10.000 veces más.  Considerando que todas las estrellas del universo visible reciben un número equivalente, se alcanzan unos 1031 experimentos como el LHC y aún no se ha observado ningún evento como el postulado por Wagner y Sancho. C) Durante la operación del colisionador de iones pesados relativistas (RHIC) en Brookhaven (EE.UU.), no se ha observado ni un solo strangelet. La producción de strangelets en el LHC es menos probable que el RHIC, y la experiencia en este acelerador ha validado el argumento de que no se pueden producir strangelets. Estos argumentos no impidieron que hubiera revueltas eincluso un suicidio por temor al fin del mundo cuando LHC lanzó suprimera partícula el 10 de septiembre del 2008.
  • 20. LÍNEA DE TIEMPO DE EVENTOS DEL COLISIONADOR FECHA EVENTO CERN disparó con éxito los primeros protones en el circuito del túnel2008-09-10 por etapas. Se produjo amortiguación magnética en alrededor de 100 imanes de2008-09-19 flexión en los sectores 3 y 4, causando una pérdida de aproximadamente 6 toneladas de helio líquido.2008-09-30 Se previa la primera colisión, pero fue pospuesta por el accidente.2008-10-16 CERN dio a conocer un análisis preliminar del incidente.2008-10-21 Inauguración oficial.2008-12-05 CERN publicó un análisis detallado.2009-10-29 El LHC reanudó su operación a 3,5 TeV por haz.2009-11-20 El LHC reinició sus operaciones.2009-11-23 Los cuatro detectores captan las primeras colisiones a 450 GeV. El LHC rompe récord en ser el acelerador de partículas más potente2009-11-30 del mundo, creando colisiones a 2.36 TeV (1.18 TeV por haz). El LHC es apagado para realizarse en él los ajustes necesarios para2009-12-16 que pueda funcionar a 7 TeV. El LHC reanuda sus actividades, haciendo circular dos haces de2010-02-28 partículas en sentidos contrarios con una energía de 450 GeV por haz. El LHC alcanza un nuevo récord haciendo circular los dos haces de2010-03-19 protones, cada uno a 3.5 TeV. El LHC inicia exitosamente las colisiones de partículas a 7 TeV (3.5 TeV por haz). Se mantendría así hasta fines de 2011, para realizar2010-03-30 los ajustes necesarios para ponerlo a funcionar a toda potencia (14 TeV). Se cierra junta de miembros del CERN, anunciándose que se2010-09-18 pospondrá el experimento a 14 TeV para 2016. El Gran Colisionador de Hadrones (LHC), recreó con gran éxito un2010-11-08 "mini Big Bang" provocado por el choque de iones, anunció el Centro Europeo de Física Nuclear (CERN, por siglas en francés). El 4 de julio de 2012 se presentaron en el CERN los resultados preliminares de los análisis conjuntos de los datos tomados por el LHC en 2011 y 2012. Los dos principales experimentos del2012-07-04 acelerador (ATLAS y CMS) anunciaron la observación de una nueva partícula «compatible con el bosón de Higgs», con una masa de unos 125 GeV/c2. CONCLUSIONES El hallazgo del Bosón de Higgs cierra un capítulo de la Historia de laCiencia y apunta a toda una serie de nuevos avances científicos. Sin embargo, los
  • 21. investigadores creen que muchas cuestiones seguirán envueltas en el misterio,siendo entre ellas: 1. MATERIA OSCURA. Toda la materia que conocemos, desde la terrestre a la de las más lejanas galaxias, responde al mismo tipo de estructura fundamental. Está constituida por átomos, que a su vez constan de partículas y que se unen para formar los distintos materiales que conocemos. Sin embargo, desde hace ya más de una década sabemos que toda esa "materia ordinaria", de la que todos nosotros estamos hechos, sólo da cuenta de un 4% de la masa total del Universo. El restante 96%, aunque nos pese, sigue siendo un misterio. Pero los científicos han encontrado pruebas (indirectas) que indican la presencia de "otro tipo" de materia, una tan extraña que ni siquiera sabemos si está compuesta por átomos. A falta de más datos, la llamamos "materia oscura". Es por lo menos seis veces más abundante que la materia ordinaria y sólo sabemos de su existencia por los efectos gravitatorios que produce en la materia que sí podemos ver. La materia oscura conforma, por lo menos, otro 23% a la masa total del Universo. 2. ENERGÍA OSCURA. Sumando materia ordinaria (4%) y materia oscura (23%), seguimos teniendo sólo un 27% de la masa total del Universo. De qué está hecho, pues, el 73% restante? La respuesta es aún más misteriosa que la materia oscura del apartado anterior. Se trata, dicen los investigadores, de "energía oscura", cuyo descubrimiento data de 1998. Fue entonces cuando, después de un estudio de diez años sobre varias supernovas, los astrónomos se quedaron de piedra. Algunas de ellas estaban tan distantes que cuando su luz empezó a viajar hacia la Tierra el Universo apenas si tenía una
  • 22. fracción de su edad actual. El objetivo del estudio era medir si había fluctuaciones en la tasa de expansión del Universo, lo cual serviría para afinar los cálculos sobre su edad, estructura y destino final. El resultado del estudio fue totalmente inesperado. Los científicos, en efecto, esperaban ver una ligera ralentización en la velocidad de expansión. En lugar de eso, hallaron justo lo contrario: en lugar de retrasarse, la expansión del Universo se estaba acelerando. La única explicación posible fue recurrir a una suerte de fuerza capaz de oponerse (y de vencer) a la gravedad. Ese nuevo y misterioso ingrediente fue bautizado como "energía oscura" y muy pronto resultó evidente que esa energía se encontraba por todas partes, y que su acción "antigravitatoria" era mucho mayor que la fuerza de gravedad combinada de toda la materia, tanto de la ordinaria como de la oscura. De hecho, la energía oscura se considera responsable del 73% de la masa del Universo.3. ANTIMATERIA. Además de la ordinaria y de la oscura hay, que se sepa, por lo menos otra clase de materia, y tan distinta de la ordinaria (de la cual estamos todos hechos) que es incompatible con ella. Se trata de la antimateria. La antimateria es, aparentemente, idéntica a la materia «normal». De hecho, no puede diferenciarse de ella a simple vista. Pero si un átomo de antimateria entra en contacto con otro de materia, ambos se aniquilan en una fuerte explosión de energía. Si un hombre pusiera pie en un planeta hecho de antimateria, se desintegraría al instante. Los modernos laboratorios de física son capaces, desde hace algunos años, de «fabricar» átomos de antimateria. Algunas teorías postulan la existencia de galaxias enteras hechas de antimateria. Galaxias que, si alguna vez llegaran
  • 23. a entrar en contacto con la nuestra, provocarían un cataclismo cósmico como jamás se ha visto.4. ¿QUÉ ES EL MESÓN B? El revuelo causado por el descubrimiento del bosón de Higgs puso bajo los reflectores a la física de partículas, una ciencia que normalmente vive entre pizarrones, computadoras y aceleradores de partículas. Tras el enorme revuelo, queda una pregunta, ¿qué sigue? Del otro lado del Océano Pacífico, una entidad llamada High Energy Accelerator Research Organization creó en la localidad japonesa de Tsukuba el acelerador KEK, donde un grupo de científicos se hallan trabajando en un experimento para encontrar la siguiente partícula misteriosa: el mesón B, formado por la unión de un quark y un antiquark. La unión de dos elementos que no podrían estar juntos suena contradictorio, pero de alguna manera (que se desconoce por el momento) se mantienen unidos, aunque por fracciones de segundo. Así, un equipo de investigadores en Japón están trabajando en un experimento llamado SuperKEKB/Belle II, que consiste en el uso del acelerador para recrear el mesón B haciendo chocar haces de partículas. Esta labor que parece tomará un buen tiempo ya que el experimento está planeado para comenzar en el año 2015. Sin embargo, si el experimento confirma de la existencia de esta partícula, los físicos tendrán más herramientas para conocer el origen de la materia, y en una de esas, poder entender lo sucedido durante la creación del Universo. SUGERENCIAS
  • 24. Al ser este un complejo tema sugiero que nos puedan detallar en términosmás simples este revolucionario descubrimiento: sus beneficios, consecuenciasde su descubrimiento y otros. Explicarnos más detalladamente sobre las 4 fuerzas fundamentales deluniverso: interacción nuclear fuerte, interacción nuclear débil, interacciónelectromagnética e interacción gravitatoria. BIBLIOGRAFIA
  • 25. http://www.vanguardia.com.mx/elbosondehiggslaparticuladelconocimiento-1326101.htmlhttp://quo.mx/2012/07/07/pragmatas/despues-del-boson-de-higgs-que-siguehttp://es.wikipedia.org/wiki/Gran_colisionador_de_hadroneshttp://es.wikipedia.org/wiki/Organizaci%C3%B3n_Europea_para_la_Investigaci%C3%B3n_Nuclearhttp://es.wikipedia.org/wiki/Bos%C3%B3n_de_Higgshttp://es.wikipedia.org/wiki/Modelo_est%C3%A1ndar_de_f%C3%ADsica_de_part%C3%ADculashttp://www.jornada.unam.mx/2012/07/10/opinion/a03a1ciehttp://mexico.cnn.com/tecnologia/2011/12/13/que-es-el-boson-de-higgs-la-particula-de-dios-o-una-maldita-particula
  • 26. ANEXOS
  • 27. Una traza hipotética del bosón de Higgs en una colisión simulada de protón-protón.Composición Partícula elementalFamilia BosónEstado Parcialmente confirmada: descubierta en el CERN una nueva partícula con propiedades compatibles.Símbolo(s) H0Teorizada R. Brout, F. Englert, P. Higgs, G. S. Guralnik, C. R. Hagen y T. W. B. Kibble (1964)Descubierta Una partícula compatible ha sido hallada por ATLAS y CMS (Julio de 2012.)Tipos 1 en el Modelo estándar; 5 o más en la Supersimetria. 125.3 ± 0.6 Gev/c2, ∼126 Gev/c2MasaVida media 1 zeptosegundoCarga 0eléctricaEspín 0
  • 28. Países miembros de la Organización Europea para la Investigación Nuclear (CERN).
  • 29. CONSEJO EUROPEO PARA LA INVESTIGACIÓN NUCLEAR Tipo Laboratorio de física de partículas Fundación 29 de septiembre de 1954 Sede Ginebra Administración Director general Rolf-Dieter Heuer Miembros 20 estados miembros y 8 observadores Sitio web http://cern.ch/Resumen de las interacciones entre las partículas del modelo estándar.
  • 30. .Imágenes del colisionador de hadrones.
  • 31. Presupuesto 2009 para el LHCEstado miembro Contribución Mil. CHF Mil. EURAlemania 19,88 % 218,6 144,0Francia 15,34 % 168,7 111,2Reino Unido 14,70 % 161,6 106,5Italia 11,51 % 126,5 83,4España 8,52 % 93,7 61,8Países Bajos 4,79 % 52,7 34,7Suiza 3,01 % 33,1 21,8Polonia 2,85 % 31,4 20,7Bélgica 2,77 % 30,4 20,1Suecia 2,76 % 30,4 20,0Noruega 2,53 % 27,8 18,3Austria 2,24 % 24,7 16,3Grecia 1,96 % 20,5 13,5Dinamarca 1,76 % 19,4 12,8Finlandia 1,55 % 17,0 11,2República Checa 1,15 % 12,7 8,4Portugal 1,14 % 12,5 8,2Hungría 0,78 % 8,6 5,6Eslovaquia 0,54 % 5,9 3,9Bulgaria 0,22 % 2,4 1,6

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