lunes, julio 23, 2012

C.S.I. GINEBRA | Cuentos Cuánticos

C.S.I. GINEBRA


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Esta entrada ha sido escrita por la nueva colaboradora de Cuentos:
Laura Morrón Ruiz de Gordejuela @lauramorron
Estos días se ha hablado mucho del bosón de Higgs e incluso, en algún medio más atrevido, se ha llegado a proclamar su descubrimiento. Pero la realidad, como sabemos, es que aún no se le ha echado el lazo al tan preciado bosón. Por el momento sólo contamos con la aparición en escena de un candidato a Higgs con muchas posibilidades. Afortunadamente, el mero descubrimiento de este aspirante ya constituye un hecho crucial en la historia de la física y es la razón del estallido de aplausos que inundó la sala de conferencias del CERN donde se impartieron los dos seminarios en que se hizo público el descubrimiento.
En estas líneas no nos centraremos en el candidato a Higgs sino en los científicos que llevan años tratando de dar con él. Presentaremos, a grandes rasgos, los problemas que se han encontrado y se encuentran en el proceso de detección e identificación del sospechoso. En el caso del LHC los equipos de investigación que compiten por dar caza al bosón son dos: CMS y ATLAS y el hecho de realizar una investigación a dos frentes es imprescindible para poder validar el descubrimiento con dos resultados obtenidos de forma independiente. Además, para que negarlo, también le da vidilla al asunto.

CMS

ATLAS
Una de las dificultades de partida a la que se han enfrentado los buscadores de Higgs ha sido el desconocimiento de algo tan crucial como es su masa. Debido a esta carencia, se ha tenido que rastrear un rango de masas muy amplio con la consiguiente necesidad de un extraordinario desarrollo tecnológico en los equipos de generación y detección. Otro aspecto que hace ardua la tarea es el efímero periodo vital del bosón que siendo terriblemente inestable, únicamente “vive” durante 10-22 segundos. Por tanto, lo que se estudia son sus restos que, para acabar de complicar el proceso, dependen de la masa (entre otras cosas) que tiene el bosón, la cual desconocemos.
Estas huellas consisten en diferentes caminos de desintegración que el bosón puede tomar y cada uno tiene asociado una determinada probabilidad.

Higgs desintegrándose en dos bosones Z que a su vez se desintegran en otras partículas. Este es un camino de desintegración del Higgs, también puede desintegrarse en otras partículas como dos fotones, dos taus, etc.
Finalmente, apuntar que el análisis de “lo que queda del bosón” se ve entorpecido por el resto de partículas generadas que no corresponden a ninguna de sus vías de  desintegración.

Buscando el Higgs

Así que, a grandes rasgos el método que se sigue es el siguiente: se asigna una primera masa al bosón, se evalúan los restos que pueden generarse con dicha masa y los equipos proceden al estudio de las huellas que se han producido.
Si los caminos de desintegración presentan anomalías tales que pueden justificarse mediante fluctuaciones estadísticas se descarta ese intervalo de masas, se fija otra masa al bosón y vuelve a procederse de manera análoga.
Si por el contrario el estudio de los restos da una agrupación de resultados demasiado elevada como para poder atribuirla a fluctuaciones estadísticas, se dispara la alarma y se centra el estudio en el rango de masas seleccionado. Debido a que entra en juego la probabilidad y la fiabilidad de la medida depende del numero de eventos registrados, se realizan experimentos hasta alcanzar el grado de confianza necesaria para dar por válido un resultado en Física de Partículas (el famoso término 5 sigmas).
Después de años y años de investigaciones en laboratorios como el Fermilab, el Tevatron o el propio LHC, finalmente, la masa de Higgs se ha acotado al intervalo comprendido entre los 125 y 126 GeV.
Para un bosón de Higgs de esta masa los caminos de desintegración son principalmente cinco, dos de los cuales, aunque muy poco frecuentes, son más fáciles de detectar con los equipos de CMS y de ATLAS. Y es en estos canales donde ambos han comprobado que el candidato se comporta igual que el bosón buscado con la significancia estadística mínima requerida de cinco sigmas (que traducido a palabras llanas significa que tenemos el 99.99% de seguridad de que lo encontrado es el Higgs).
Ahora falta hacer más experimentos, ver si en los otros canales también se comporta igual y por tanto su “huella digital” coincide con la de Higgs. Si es así el Modelo Estándar se completará y podrá seguir empleándose su maquinaria matemática para hacer predicciones dentro de su campo de aplicación. Sin embargo dicho modelo seguirá presentando las carencias que obligan a investigar en la nueva física. En caso contrario, si no es el bosón de Higgs estándar, ya estaremos inmersos en esa nueva física. Por lo tanto y en conclusión, el candidato sea o no Higgs ya ha iniciado una nueva era.


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