¿Qué es el Bosón de Higgs? ¿será el arje de todo?

Rescato esta entrada del blog, ya antigua, para recordaros que "la búsqueda del arjé" continúa vigente.

Espero que os sea de utilidad

...si lo puede entender una abuela, nosotros también!!...... Esta explicación puede ayudarnos a comprender y profundizar un poco más sobre el conocimiento del Universo y del "bosón de Higgs", el cual parece tener un papel central en el origen de todas las cosas......¿quizás es el "arje" que tanto ansiaban descubrir los presocráticos?

Al final de la entrada aparece un enlace a un videográfico muy ameno y que, además, os llevará a la página original del texto.

(Por cierto, el hecho de que no podamos "ver" el bosón no nos hace dudar de su existencia. Hay muchas cosas que no podemos "ver" porque la ciencia no ha encontrado el camino para medirlas o hacerlas visibles; o quizás todavía están por descubrir, lo que no significa que no existan o no sean explicables...)

El bosón de Higgs explicado a mi abuela

Antonio Martínez Ron

miércoles, 21/12/11 - 07:00

Decía Albert Einstein que uno no ha entendido realmente algo hasta que no es capaz de explicárselo a su abuela. Aceptamos el reto e intentamos explicar de manera sencilla qué es la partícula de Higgs y por qué es trascendente su búsqueda.

Querida abuela:

La Física no es una cuestión tan complicada como parece. En los últimos meses, habrás escuchado hablar sobre esa partícula que los científicos se afanan en buscar con sus gigantescas máquinas en Ginebra y de la que depende buena parte de nuestro conocimiento sobre el mundo. La llaman el bosón de Higgs. Hace una semana, los físicos del CERN anunciaron que tenían la partícula acorralada y que pronto podrían decirnos tanto si existe como si no. ¿Cómo es posible que aún no lo sepan?, te preguntarás. ¿Y cómo puede tener tanta importancia una partícula tan insignificante que ni siquiera la podemos detectar?

El asunto, querida abuela, se remonta a hace 13.700 millones de años. Entonces se formó la materia y se produjeron unos niveles de energía increíbles en lo que conocemos como Big Bang. Pero vamos a saltarnos esta parte. Mucho tiempo después de aquello, nuestros científicos están intentando comprender de qué están hechas las cosas y, no menos importante, cómo permanecen unidas. Respecto a la primera pregunta, y tras muchos palos de ciego, los físicos han conseguido desentrañar el rompecabezas de la materia y ya tienen un catálogo muy interesante.

* Ponte a prueba: ¿Cuánto sabes sobre el bosón de Higgs? (Test)

Las cosas están hechas de átomos, y dentro de estos átomos hay otras partículas más pequeñas como las que componen el núcleo, protones y neutrones, los electrones (que lo orbitan), los quarks, etc. Para encontrar nuevas partículas, los científicos las aceleran a una gran energía y las hacen chocar entre ellas en grandes colisionadores. Como la energía y la masa deben conservarse, cuando falta una parte al final del proceso los físicos saben que debe haberse creado una partícula nueva. Así se dedujo la existencia de otro personaje que se ha hecho muy popular últimamente, el famoso neutrino. Y así se busca el bosón de Higgs.

En cuanto a la forma en que se unen las cosas, después de muchas investigaciones sabemos que existen cuatro fuerzas fundamentales: la de la gravedad (la que hace que al pegar un saltito vuelvas a caer al suelo, por ejemplo), el electromagnetismo (que permite funcionar a los motores y a los teléfonos móviles), la fuerza nuclear fuerte (que mantiene unido el interior del núcleo de los átomos) y una cuarta fuerza conocida como fuerza nuclear débil y que aparecía en algunos procesos concretos, como el que se produce en los elementos radiactivos, como el uranio o el plutonio.

Pues bien, investigando este fenómeno, y en su afán por unificar las cosas, los científicos se dieron cuenta de que a altas energías, la fuerza débil y el electromagnetismo se comportaban igual, pero a bajas energías eran muy diferentes. La partícula responsable del electromagnetismo, elfotón, no tenía masa, pero las partículas responsables de la interacción débil, llamadas bosones W y Z, tenían una masa enorme. Es decir, a altas energías se comportaban igual que el fotón, como si no tuvieran masa, pero a bajas energías no. La pregunta que surgió entonces era aún más interesante. Ya sabíamos de qué están hechas las cosas y cómo permanecen unidas pero, ¿por qué tienen masa las partículas?

En 1964, un físico británico llamado Peter Higgs propuso una solución que otros desarrollarían más tarde: existía un campo, invisible pero presente en todo el universo desde el Big Bang, que era el responsable de darle masa a las cosas. ¿Cómo lo hacía? Para entenderlo, necesito que te imagines el universo como una gigantesca piscina. Todo lo que avanza en el agua se encuentra una resistencia, luego el agua (el campo de Higgs) es lo que les da la masa. Unas partículas encuentran mucha resistencia (tienen más masa) y otras no encuentran ninguna (como los fotones, la luz). Igual que el agua está compuesta de moléculas, ese campo de Higgs está compuesto de una serie de partículas hipotéticas, las conocidas como bosones de Higgs.

Para entenderlo, voy a adaptar un ejemplo que ponen los científicos del CERN. Imaginemos una sala llena de abuelas. Cada una de ellas sería un bosón y juntas compondrían el campo de Higgs (el agua del anterior ejemplo). Si entrara alguien muy famoso en la habitación, se producirá una expectación en torno a él que terminará traducida en cierta resistencia a su avance. En este caso el famoso sería como una partícula y el campo de Higgs serían las abuelas, que le harían ganar masa. Mi amigo Ismael lo explicaba el otro día con una playa por la que avanzara un vendedor de helados con su carrito y que estuviera llena de niños invisibles. Los críos se arremolinarían en torno a él y le impedirían avanzar, dándole masa. En este caso los niños serían los bosones de Higgs.

¿Vas viendo por dónde van los tiros? Tranquila, aún estamos empezando y volveremos sobre este asunto. Para que lo entiendas mejor, debes saber que todo el conocimiento que te he expuesto anteriormente compone lo que los físicos conocen como Modelo Estándar de la Física. Se trata de una ecuación con muchísimas variables y funciona perfectamente para todo lo que nos proponemos. Y ahora sí, agárrate abuela, porque ésta es la fórmula:

¿Impresionada? No era mi intención asustarte, solo te he puesto la fórmula para que te fijes en un detalle y comprendas por qué se empeñan los científicos en buscar el bosón de Higgs. Vuelve a mirar la ecuación yfíjate en las "H". Ese valor representado en la fórmula es el bosón de Higgs y, aunque no lo hemos encontrado, es fundamental para que el Universo se comporte como se comporta, ya que cada vez que ponemos en marcha la ecuación, nuestras predicciones funcionan.

¿Por qué es tan difícil encontrar el bosón de Higgs? Aunque tenemos medidas indirectas de la existencia del campo de Higgs, hay que encontrar la partícula para tener la certeza de que existe. Pero esto es realmente difícil, porque cuando intentamos verlos, los bosones de Higgs se desintegran inmediatamente hacia otro tipo de partículas y no hay manera de registrarlo.

Para que te hagas una idea, la vida media (en reposo) de un bosón de Higgs de 125 GeV es de una billonésima de billonésima de segundo, unyoctosegundo (¡qué palabra para presumir con las amigas!). Lo que están haciendo con esa gran máquina de Suiza, el LHC, es hacer que muchas partículas choquen entre sí a gran velocidad y ver las huellas que deja tras de sí el bosón. De momento, las pruebas no son lo suficientemente precisas para encontrarlo pero sí para "acorralarlo", ya saben en qué abanico de energía puede aparecer y como lo irán estrechando en los próximos meses, pronto sabemos si esa "H" de la ecuación existe, si en realidad son varias partículas en vez de una o si no hay rastro del famoso bosón y a los físicos les toca volver a echar cuentas.

Veremos qué sucede a lo largo del año de 2012 y volveré a contarte qué han encontrado y si sabemos un poquito más de nuestro universo o seguimos hechos un lío.

Hasta entonces, cuídate mucho. Recuerdos al abuelo.

Antonio

*PD. Ninguna abuela resultó herida durante la elaboración de este artículo. Si tu abuela es licenciada en física y no necesita que su nieto le explique nada, échale la culpa a Einstein, por basarse en estereotipos caducos e injustos sobre las abuelas.

ACTUALIZACIÓN 6 julio 2012: Querida abuela, hemos hecho un videográfico y quizá lo entiendas mejor con imágenes:videográfico bosón de Higgs

George Lemaitre, padre de la teoria del Big Bang

La teoría del Big Bang, la Gran Explosión que habría originado nuestro mundo, pertenece a la cultura general de nuestra época. Originalmente fue formulada por el belga Georges Lemaître, físico y sacerdote católico.

«El científico cristiano debe dominar y aplicar con sagacidad la técnica especial adecuada a su problema. Tiene los mismos medios que su colega no creyente. También tiene la misma libertad de espíritu, al menos si la idea que se hace de las verdades religiosas está a la altura de su formación científica. Sabe que todo ha sido hecho por Dios, pero sabe también que Dios no sustituye a sus creaturas. La actividad divina omnipresente se encuentra por doquier esencialmente oculta. Nunca se podrá reducir el Ser supremo a una hipótesis científica. La revelación divina no nos ha enseñado lo que éramos capaces de descubrir por nosotros mismos, al menos cuando esas verdades naturales no son indispensables para comprender la verdad sobrenatural. Por tanto, el científico cristiano va hacia adelante libremente, con la seguridad de que su investigación no puede entrar en conflicto con su fe. Incluso quizá tiene una cierta ventaja sobre su colega no creyente; en efecto, ambos se esfuerzan por descifrar la múltiple complejidad de la naturaleza en la que se encuentran sobrepuestas y confundidas las diversas etapas de la larga evolución del mundo, pero el creyente tiene la ventaja de saber que el enigma tiene solución, que la escritura subyacente es al fin y al cabo la obra de un Ser inteligente, y que por tanto el problema que plantea la naturaleza puede ser resuelto y su dificultad está sin duda proporcionada a la capacidad presente y futura de la humanidad. Probablemente esto no le proporcionará nuevos recursos para su investigación, pero contribuirá a fomentar en él ese sano optimismo sin el cual no se puede mantener durante largo tiempo un esfuerzo sostenido. En cierto sentido, el científico prescinde de su fe en su trabajo, no porque esa fe pudiera entorpecer su investigación, sino porque no se relaciona directamente con su actividad científica». Georges Lemaître, le Père du big bang. Éditions Labor, Bruselas 1994

Estas palabras, pronunciadas el 10 de septiembre de 1936 en un Congreso celebrado en Malinas, sintetizan nítidamente la compatibilidad entre la ciencia y la fe, en un mutuo respeto que evita indebidas interferencias, y a la vez muestran el estímulo que la fe proporciona al científico cristiano para avanzar en su arduo trabajo.

Para investigar un poco más sobre las relaciones fe y razón podéis navegar por los artículos desarrollados por el Grupo de Investigación de Ciencia, Religión y Fe de la Universidad de Navarra pinchando aquí

Los misterios del universo con Stuart Clark

Primera Parte de la entrevista

Segunda parte de la entrevista





Dos mil quinientos años después de Heráclito, Parménides, Demócrito o Anaxágoras nos seguimos preguntando por cuestiones ontológicas, epistemológicas y cosmológicas. Esta entrevista de Punset al físico Stuart Clark nos aclarará, o nos confundirá aún más, sobre lo que sabemos, y no sabemos, hoy del Universo

Cuestiones:

1. “Estamos rodeados de misterios” dice Punset al inicio de la charla. ¿Se refiere a misterios naturales o sobrenaturales? Las explicaciones que le solicita a Stuart Clark ¿son naturales o sobrenaturales?

2. Cuando miramos al cielo estrellado parece que el universo es estático aunque según la teoría más aceptada hoy en día se está expandiendo. ¿En qué se basa dicha teoría que nos hace creer de forma fundamentada que nuestros sentidos (una vez más) nos engañan?

3. ¿Hay más granos de arena en todas las playas del planeta Tierra (sumados a los granos de arena de las playas de otras 10.000 Tierras) o estrellas en el Universo? ¿lo creemos porque lo podemos imaginar o porque nos lo dicen los datos teóricos-observacionales?

4. ¿Qué es más fuerte la fuerza de la gravedad o la fuerza magnética? ¿Cuál tiene más alcance? La gravedad deforma el espacio y el tiempo. Explícalo en pocas palabras.

5. En los últimos 15 años los físicos se han llevado un sorpresa morrocotuda, ¿cuál? ¿cómo lo han observado? Esta sorpresa nos ha hecho creer que existe, aunque no la hemos visto ni sabemos muy bien qué es, ¿qué ente? Si no la hemos visto ni sabemos qué es, ¿cómo sabemos que es?

6. Las leyes, fuerzas y entes del universo, ¿son constantes o variables?

7. El universo, ¿cómo crees que acabará a partir de lo que dice Clark?

8. ¿Cuál es la aparente contradicción que se indica en la fe de erratas?

¿Con qué cita de Clark se inicia la segunda parte de la entrevista?

Mito del Carro Alado, Platón

Para leer el mito del carro alado pincha aquí

Platón en diez minutos

Símil de la línea de Platón: los niveles de conocimiento

Platón expone al final del libro VI de la República su célebre "símil de la línea", metáfora que pone de manifiesto por qué la filosofía platónica es una filosofía de dualismos. En este pasaje fundamental, se describen los grados del conocimiento (conocimiento sensible u opinión y conocimiento inteligible o cognoscible) en relación con los grados del ser (Mundo Sensible y Mundo Inteligible), representándolos sobre una línea cortada en segmentos. Os recomiendo su lectura como paso previo al comentario del "mito (o alegoría) de la caverna", que es el texto fijado por la Universidad para la EVAU

Apariencia y Realidad

¿Qué es lo real? 

Para Platón para que pueda existir un conocimiento verdadero, más allá del mundo físico sometido al cambio existe la "verdadera realidad". Esta realidad, mundo inteligible, se alcanza mediante la razón. En el mundo inteligible situará las esencias eternas, invisibles de todo lo visible y dotadas de un modo de existencia diferente al de las cosas concretas. Se trata de un mundo de valores y de "modelos ideales" a los que llama "Ideas". 

Las Ideas constituyen el objeto del conocimiento verdadero. 

La teoría de las Ideas permite a Platón construir una teoría de la Naturaleza que rechaza la postura de los atomistas como Democrito, es decir, que el orden no puede ser el resultado azaroso del desorden. El orden sólo puede provenir de una Inteligencia ordenada. Platón retorna en gran medida a Anaxágoras, recogiendo su idea de que hay una Inteligencia ordenadora (nous) a la que Platón denomina Demiurgo. 

La Inteligencia ordenadora o Demiurgo actúa sobre una materia eterna, caótica, a la que Platón denomina de muchas maneras utilizando diversas metáforas, por ejemplo, la denomina espacio (que en este caso no es, estático ni inerte sino dotado de movimientos caóticos, irregulares. En este punto Platón  se acerca al atomismo al admitir una materia eterna y eternamente agitada de movimientos desordenados. Platón jamás cita por su nombre a Demócrito o Leucipo a pesar de que en su explicación del Universo los tiene constantemente presentes. Aristóteles es quien subraya explícitamente la vinculación de Platón con los atomistas en este punto: “Hay algunos -dice- como Leucipo y Platón, que afirman que la actividad existe desde siempre ya que desde siempre hay movimiento”. Metafísica, 1.XII, c.6, 1071-b31.

 Junto a estos dos principios -inteligencia ordenadora y materia eterna dotada de movimientos caóticos- Platón establece un tercer principio, las Ideas. Estas resultan necesarias dentro de la explicación platónica desde el momento en que se introduce una inteligencia ordenadora. En efecto, todo ser inteligente que fabrica o construye algo -y el Demiurgo es el artífice del Universo- lo fabrica de acuerdo con un plan o modelo. La función del Demiurgo es la de plasmar las esencias o Ideas en la materia lo más perfectamente posible. Si el Universo no es totalmente perfecto es porque la materia introduce siempre un factor de desorden e indeterminación. (Cf. Timeo 50b-51b, 52a-53b.) 

Teoría de las Ideas de Platón

Platón defiende la existencia de dos tipos de realidad o mundo: el mundo sensible y el mundo inteligible. (dualidad ontológica)

- El mundo sensible es el mundo de las cosas físicas, sometidas al cambio, mutables, corruptibles (nacen, cambian, mueren...), dependientes del tiempo y el espacio. Es el mundo que se nos aparece ante los sentidos (el mundo visible). 

- El mundo inteligible es el mundo de las ideas (formas) trascendentes, ajenas al tiempo y al espacio, cuyos seres (las ideas) son incorpóreos, indivisibles, eternos (no nacen ni cambian ni mueren). Es un mundo que no podemos experimentar con los sentidos, pero sí podemos alcanzar con la razón. 

De esos dos mundos, el mundo verdadero y fundamental es el mundo inteligible. El mundo sensible es descrito por Platón como un reflejo o imagen del mundo inteligible, y que no puede ser en sí mismo nada. 

Las cosas del mundo sensible no tienen ser o identidad por sí mismas (son cambiantes). Solo son en cuanto que "participan" o copian a las ideas. Por ejemplo, un caballo no puede ser (ni ser pensado) sino por participar de la forma o idea de caballo. 

Por el contrario, el mundo inteligible existe por sí mismo. Las ideas son lo que son por sí mismas, no necesitan a las cosas físicas para ser. La idea de caballo es lo que es, y siempre será así, haya o no caballos particulares en el mundo. La idea de dos o de círculo es lo que es, aunque nadie las piense o descubra. Sin las ideas las cosas físicas no pueden ser nada, por el contrario, las ideas existen, son, independientemente de las cosas físicas. 

Ahora bien, las ideas consideradas en sí mismas pueden ser de muchos tipos. Platón parece sugerir a veces que hay tantas ideas como cosas o individuos (por ejemplo, la idea o forma de cada caballo...), aunque casi siempre menciona ideas de género (idea de caballo, de hombre, etc.) y de cualidad (idea de blancura, grandeza, etc.), sobre todo de cualidades morales y estéticas (ideas de virtud, valentía, belleza...). En algún diálogo plantea ciertas ideas más fundamentales (las ideas de ser, identidad, diferencia, movimiento, reposo...), de las que “participarían” las demás. Pero la idea más fundamental de todas, la idea o forma de todas las demás, es la que denomina “Idea de bien”, con la que se representa la unidad y perfección que comparten todas las ideas.