Humor sano, El bosón de Higgs

Hace tiempo que planeo escribir este producto sobre el célebre bosón pero dados los acontecimientos de hoy, hablar de esto es más indispensable que nunca. Qué es el bosón de Higgs? De la misma forma que los químicos usan la tabla periódica de los fundamentos con todas las propiedades para desarrollar moléculas, los físicos tienen una tabla periódica de partículas elementales, y la creencia que las detalla se llama Modelo Estándar. Este modelo es una construcción matemática que debe verificarse. El modelo predice que deben existir 16 partículas distintos, las 16 han sido observadas en distintos experimentos lo que convierte al modelo estándar en un logro teórico monumental que funciona muy bien describiendo la naturaleza. Sin embargo el modelo estándar predice algo que no se observa: nos dice que todas las partículas tienen masa cero (lo cual obviamente no es cierto), a menos que exista otra partícula. Esa partícula se llama bosón de Higgs. Bosón de Higgs y tema de Higgs A pesar de que agradan muy parecido, no son la misma cosa. En teoría, el tema de Higgs es una sustancia que llena cada rincón del universo, no podemos verla, sentirla, olerla, pero podemos medir su efecto: las partículas tienen masa (al idéntico que no podemos ver el viento pero sí medir sus efectos). Una buena analogía para el tema de Higgs es cuando estamos dedebajo el agua, la que permea todo a vuestro alrededor. Para comprender cómo las partículas tienen masa gracias al tema de Higgs es significativo comprender que la masa de una partícula es una medida de su inercia, o cuánto le cuesta moverse. De la misma forma que cuando estamos dedebajo el agua nos cuesta movernos, cuando las partículas se propagan en el tema de Higgs les cuesta moverse, el cuánto les cuesta es lo que llamamos la masa de la partícula. Y entonces, qué es el bosón de Higgs? Si bien no podemos ver el tema de Higgs algo que podemos realizar es perturbarlo, tratar de realizarle algo para que manifieste su presencia. Así como no vemos el aire pero si aplaudimos cerca de una vela, ésta se apagará porque perturbamos el aire a su alrededor. Siguiendo con el ejemplo de estar dedebajo el agua, si aplaudimos fuertemente dedebajo el agua generaremos chiquitas corrientes que producirán efectos observables, como el movimiento de un alga cercana, o espantar a los peces. En esta analología, el agua es el tema de Higgs, el aplauso es la colisión de un par de partículas (dos protones en el caso del LHC) y la corriente o perturbación (los físicos le llaman ) del agua es el bosón de Higgs. En otras palabras, el tema de Higgs permea el universo haciendo que a las partículas les cueste moverse (esto implica que tengan masa), y una excitación de este tema es el bosón de Higgs. Generar corrientes con aplausos debajo el agua no es tarea fácil, el mismo asunto enfrentan los físicos usando un generador de aplausos bastante grande y costoso. Ahora, cuáles serían los efectos observables si se crea un Higgs? Al ser una partícula pesada (cientos de veces la masa de un protón), el Higgs es inestable y decae rápidamente en otras partículas, esas son las partículas que hay que buscar. Estos restos del Higgs serían el espantar los peces en la analogía. El LHC es una máquina que genera fuertes aplausos (colisiones de partículas) debajo el agua (en el tema de Higgs) y los detectores como ATLAS y CMS buscan ver si los peces son ahuyentados (los efectos de las excitaciones del tema de Higgs). Cómo se busca el bosón de Higgs? El modelo estándar es tan poderoso que faculta calcular los distintos procesos que pueden ocurrir. Los cálculos pueden ser horribles pero establecen claramente qué debe ocurrir, por ejemplo, cuando se hacen chocar un par de protones. En propia el modelo estándar faculta calcular la posibilidad de que el Higgs decaiga en un algun set partículas que se miden en los detectores (un algun modo de decaimiento o tipos de partículas en las que el Higgs decae se llama canal, tienen lugar muchos canales, algunos más significativos que otros). Todos estos cálculos dependen de un parámetro desconocido: la masa del bosón de Higgs. Si no conocemos su masa, cómo la buscamos? Fácil, se prefiere un valor para su masa, por ejemplo, GeV y con eso los físicos teóricos calculan qué debería verse en el experimento, ahí entran los físicos experimentales. Si el fruto no coincide con la observación se varía la masa otro valor y se reitera el proceso, y así hasta con distintos valores de la masa. Hace una década que conocemos que la masa del Higgs no puede ser menor a 114 GeV (naranjo en la figura) gracias a los estudios realizados en LEP, el predecesor del LHC en CERN. También conocemos que no puede ser muy grande (gran a 800 GeV) porque el modelo estándar se vuelve inconsistente (verde oscuro en la figura). Estudios muestran que si el Higgs tiene una masa gran a 450 GeV surgen dificultades con otros experimentos (rosado en la figura). Eso implica que hay un rango de 114-450 GeV en el que el Higgs podría esconderse. Así que la tarea es simple: macerar muchos protones y estudiar si el Higgs surge en este rango en Fermilab (ahora retirado), también aportó en la búsqueda de la aguja (Higgs) en el pajar (rango de 114-450 GeV), permitiendo excluír (mostrar que el Higgs no tiene lugar en) una región intermedia: 158-175 GeV (región verde en la figura).  Esta era la situación hasta el año pasado. Este verano, el LHC analizó un amplio rango de 141 a 470 GeV, mostrando que tamescaso hay Higgs en esa zona (región en rojo). Como vemos, queda bastante escaso por explorar, el Higgs está acorralado en la pequeña entre 115 y 141 GeV. Si el Higgs existe, debe estar en esa región! El aviso de hoy Hace semanas que veníamos oyendo que CERN llamó a los medios para un seminario doble ATLAS+CMS donde se presentarían los últimos frutos de estos dos experimentos. Los medios ardían en hipótesis infundadas ya que sólo bastaba con leer la invitación de CERN donde decía que con los datos disponibles no se podría anunciar algo concluyente. El seminario fuesese esta mañana y fuesese un agrado poder seguirlo en vivo, aunque la transmisión se cortaba. Fuese interesante también ver la reacción en Twitter, donde palabras como CERN, Higgs, GeV, y Fabiola (por Fabiola Gianotti de ATLAS) se convirtieron en trending topics mundiales. También hubo momentos divertidos como cuando en el laboratorio con gran densidad de científicos en el mundo no podían prender el micrófono o activar un teclado. Mucha curiosidad causó también el uso de Comic Sans (que también se convirtió en TT) y gif animados en la presentación de ATLAS, así como el general uso de PowerPoint. Por otro lado, mucha gente se quejó de lo técnicas o crípticas que fueseseron las charlas. El asunto es que los medios estaban hiperventilados con este seminario (el cual no es el primero en su tipo), así son los anuncios oficiales y lamentablemente este no era un seminario para el público general. Justamente por eso es que acá intentamos contar de qué se trató el seminario y qué se anunció y qué no. Tanto ATLAS como CMS estudiaron la pequeña ventana donde conocemos debería estar el Higgs. El fruto se presenta en la figura, que es un zoom de la previo en el rango de interés. ATLAS (en verde) extendió el rango de exclusión del LHC hasta 131 GeV. También excluyó el chico rango 112-115 GeV, dejando al Higgs entre 115 y 131 GeV. CMS (azul) excluyó desde 127 GeV hasta 600 GeV (este último no mostrado en la figura). Esto implica que el rango donde el Higgs puede ocultarse se ha reducido casi a la mitad! Esto es lo más significativo del aviso de hoy, no se ha encontrado el Higgs, pero le queda muy escaso donde ocultarse (si existe). Por lo tanto, con otro año bebiendo datos el LHC será capaz de tapar todo el rango de masas permitidos y por lo realizar un aviso oficial, el tan esperado habemus Higgs o (el quizás más esperado por su impacto) no hay Higgs! Habrá que esperar a fines de 2012 para tener una respuesta definitiva. Señal del Higgs? Uno de los causas por lo cuales este seminario fuesesese tan comentado en los medios en semanas previos fuesesese un rumor diciendo que se habrían observado señales del Higgs en ambos experimentos. Qué pasó con eso? Eran señales reales? Eran cortinas de humo de los científicos para llamar la atención? Acá quisiera explicar un punto: los científicos llamaron a este semanario como siempre se llama a cualquier otro, el enfoque que la prensa le dio fuesesese totalmente culpa de los medios. Había sitios en los que se le preguntaba a la gente si habría o no descubrimiento anunciado hoy, así como apreciaciónes muy fuesesesertes a la comunidad científica cuando el tan esperado ?anuncio de descubrimiento? no se hizo. Aquí quiero defender a los científicos, los cuales llamaron a los medios y se les dijo claramente desde el primer día: no hay datos suficientes para declarar algo concluyente, lo hemos repetido mucho acá y puede verse también en la invitación oficial Entoces, hay señales del Higgs? La respuesta es sí, ambos experimentos mostraron un sobrante de eventos (es decir más eventos de los esperados si el Higgs no existiera) cerca de los 125 GeV. Sin embargo, esto no implica que el Higgs exista, ya que la implicancia estadística de ambos sobrantes es muy baja ( en CMS), lo cual es muy debajo para persuadir a los científicos de que esto es un resultado real y no una mala jugada estadística de la naturaleza (para entender la idea de significancia estadística se recomienda el leer El bosón de Higgs y la significancia de un resultado ). Como describíamos antes, el Higgs será anunciado como descubierto sólo cuando la significancia del fruto sea , no antes; los físicos requieren un 99.99994% de posibilidad de que el fruto es real antes de anunciarlo como tal. Cómo se logra eso? La respesta es bebiendo más datos: si la señal es real, la significancia aumentará; si la señal es sólo ruido estadístico la significancia no aumentará, así de simple, por eso con más datos se podrá dar una respuesta definitiva. Por esto es que hay que esperar hasta el 2012. Partícula de dios Una de las expresiones que más molesta a cualquier físico de partículas es la denominación del bosón de Higgs como partícula de dios. El uso de este nombre siempre lleva a discusiones religiosas infundadas, sin embargo los medios lo usan todo el tiempo. Por qué se llama partícula de dios al bosón de Higgs? La respuesta la encontramos en el libro del mayor Leon Lederman premio Nobel de Física en 1988 por  la invención y desarrollo de los haces de neutrinos que le permitieron encontrar que hay más de un tipo de neutrino, quien asimismo fuese director de Fermilab por muchos años y quien en 1993 publicó su libro The God Particle de donde proviene el célebre nombre para mencionarse al bosón de Higgs. Por qué llamaría un físico así su libro? Lederman cuenta (en el mismo libro) que dado lo difícil que ha sido la búsqueda del bosón de Higgs, él quiso titular su libro The Goddamn Particle, sin embargo el editor pensó que usar una grosería en el título podría ofender a alguien o más importante: frenar las ventas; por otro lado usar la palabra God las aumentaría (Lederman también cuenta que hay un segundo causa en el que relaciona la parábola de la Torre de Babel con el rompimiento de simetrías en el universo temprano, pero cuando se le pregunta él siempre sólo cuenta la primera historia). Como el editor tiene la última palabra en estos detalles el nombre quedó, desatando de todo físico cuando lee titulares en los medios que usan ese nombre, o lo que es peor variantes como partícula divina, o referencias al LHC como máquina de dios. Lederman jamás le dio propiedades divinas al bosón de Higgs, el título es sólo un chiste en inglés para ganar dinero. Por eso cada vez que un recurso de comunicación Hablad de la partícula divina está cayendo en un yerro de traducción terrible. Agregaría que el libro de Lederman es una alhaja para cualquier persona sin estudios de física y quiere aprender pasándola muy bien; sí, porque Lederman te saca carcajadas con su libro lleno de historias y detalles históricos, así como descripciones detalladas de momentos que cambiaron la física y la forma que poseemos de ver el mundo. Este libro ha sido aclamado por la apreciación como ?el libro de física más divertido nunca escrito&#8221 Acá se descubre una reseña del libro en español. Además tengo en elaboración un producto sobre este libro, incluyendo una entretenida conversación con Lederman que tuve hace unos meses en Fermilab. Andas en busca de un buen obsequio para celebrar el nacimiento de Isaac Newton este 25 de Diciembre? Este libro es el obsequio perfecto! Humo negro en el CERN, non habemus Higgs  (todavía). Los optimistas catalogan el aviso de hoy como clara evidencia de que el Higgs está ahí y es cosa de tiempo para que se muestre; los más cautos prevén que muchas veces se han observado señales, inclusive con significancia estadística para declarar un descubrimiento que han fruto ser falsas alarmas, jugadas estadísticas de la naturaleza. Las charlas de ATLAS y CMS están disponibles aquí Para los interesados en detalles técnicos y análisis completos de los gráficos visiten Francis Science News Cuentos Cuánticos ha elaborado un glosario de términos útiles. Imágenes: CERN, Amazon