El bosó de Higgs i els experiments ATLAS i CMS

Si volguessim expressar el “model estandard” de les partícules fonamentals en una espècie de taula periòdica tindríem, per exemple, aquesta imatge:

Veiem bàsicament una diferenciació entre bosons fonamentals (en vermell) i fermions fonamentals (en violat i en verd). Els fermions fonamentals es diferencien en quarks (en violat) i en leptons (en verd). De fermions fonamentals hi ha “tres generacions”, i per cada generació hi ha “quatre tipus de partícules”. Val a dir que, d’acord amb el “model estandard” cada tipus de partícula és, a fi de comptes, un parell de tipus de partícula (la partícula i l’antipartícula).

Aquesta taula de partícules, però, és incompleta. Per fer-se una idea de les relacions entre les partícules cal tenir present totes les interaccions possibles entre elles:

En el gràfic s’afegeix una H, el bosó de Higgs. El bosó de Higgs ens ajuda a entendre la relació entre dues de les interaccions fonamentals, la interacció electromagnètica i la interacció nuclear feble. La interacció electromagnètica és mediada per fotons, un bosó que, com referia la taula del començament, no té massa en estat de repòs. Contràriament, la interacció nuclear feble és mediada pels bosons W i Z, que són ben massius. El bosó de Higgs connecta fotons i bosons W i Z, i ajuda a la unificació “electrofeble”, base de futures unificaciones amb les altres dues interaccions fonamentals, la interacció nuclear forta (mediada per gluons) i la interacció gravitatòria.

De fet, el bosó de Higgs és l’única partícula del “model estandard” que no ha estat encara detectada. Sense unes mesures empíriques, els models teòrics de partícules queden coixos. Fet i fet, les relacions de masses entre les partícules són encara poc enteses. És en aquest sentit que hem d’apreciar en la justa mesura el comunicat de premsa d’aquest dimarts del CERN.

Els resultats de l’ATLAS i del CMS

Els experiments ATLAS i CMS poden conduir, entre d’altres coses, a la detecció del bosó Higgs. Encara no han aconseguit una evidència ferma de detecció del bosó Higgs i, en aquest sentit, aquesta partícula encara resta sota la categoria de “partícula hipotètica”. No obstant, els treballs fets ajuden a establir un rang de massa per al bosó Higgs força restringit.

Un electronvolt és una unitat d’energia, consistent en l’energia guanyada per la càrrega d’un únic electró que es mou a través d’una diferència de potencial elèctric d’un volt. Com que E = m•c2 (on E és l’energia i m és la masa, i la c és la constant de la velocitat de la llum en el buit), també l’electronvolt és una unitat de massa. Per raons pràctiques i històriques és la unitat de massa preferida en física de les partícules. Si hem de parlar amb propietat, no hem de parlar d’eV de massa sinó de eV/c2. 1 eV/c2 = 1,783•10-35 kg.

El bosó de Higgs, segons l’experiment Atlas, tindria una massa situada entre 116 i 130 GeV/c2. Segons l’experiment CMS, el valor seria de 115-127 GeV/c2. És a dir, si fa no fa, un bosó Higgs tindria una massa equivalent a més de 130 protons o, per dir-ho d’una altra manera, similar a la d’un àtom de iode, de xenó o de cesi.

Rastrejar el bosó de Higgs no és gens fàcil. Com hem vist en el gràfic de les interaccions, el bosó Higgs pot donar lloc a partícules de natura molt diversa. Les grans energies aconseguides en els acceleradors de partícules, teòricament, són capaces de generar bosó Higgs. Però el bosó Higgs té una vida mitjana extremadament curta (els bosons W i Z, amb vides mitjanes de l’ordre de 10-25 s, són força estables en comparació).

Un possible mecanisme de generació de bosons Higgs en les altes energies d’un accelerador partícules. En el gràfic, les col·lisions entre gluons donen lloc a quarks top que, poden combinar-se per donat lloc, efimeríssimament, a bosons Higgs.

Tant els instruments d’ATLAS com de CMS semblen detectar un excés d’energia en certes col·lisions que, segurament, es correspon al bosó Higgs. La dura estatística descarta la significància d’aquests excessos. És possible que nous experiments al llarg del 2012 puguin acabar de confirmar l’existència dle bosó Higgs i ajudin a mesurar amb més precisió les seves característiques fonamentals.

Val a dir que la feina no haurà acabat llavors. Molts serrells queden encara en el “model estandard” i caldrà considerar també tots els models alternatius que, amb bosó Higgs o sense, proven d’anar-hi més enllà.

Aquesta entrada ha esta publicada en 1. L'Univers. Afegeix a les adreces d'interès l'enllaç permanent.

Deixa un comentari

L'adreça electrònica no es publicarà. Els camps necessaris estan marcats amb *

Aquest lloc utilitza Akismet per reduir el correu brossa. Aprendre com la informació del vostre comentari és processada