Contenido

¿Cómo puede una partícula sin masa ganar masa?

Una partícula elemental puede ganar una cierta cantidad de masa dependiendo de cómo interactúe con el campo de Higgs.

El concepto de masa siempre ha sido fundamental en la física; ha planteado algunas preguntas muy importantes y profundamente problemáticas para los científicos a lo largo de los años. Para empezar, ¿por qué las partículas tienen masa? Por el contrario, ¿no se podría considerar la masa como un hecho?

Entonces, cuando se capturó una partícula con las propiedades del bosón de Higgs, los físicos se regocijaron. La razón por la que esta entidad tan buscada adquiere tanta importancia es que es capaz de explicar qué da a las partículas su masa.

El Modelo Estándar de Física de Partículas ha sido, posiblemente, el intento más exitoso de los físicos para describir la materia visible en el universo a un nivel fundamental con solo un puñado de ingredientes.

El Modelo Estándar, que nos dice de qué está hecha la materia (fermiones) y cómo se mantiene unida (bosones), presupone que todas las partículas no tienen masa inicialmente, pero están imbuidas de masas a través de sus interacciones con el hipotético campo de Higgs, que impregna el universo. . Ésta es la esencia del mecanismo de Higgs. Mientras que algunas partículas ignoran el campo de Higgs, otras interactúan con él, razón por la cual ganan masa, mientras que otras permanecen sin masa.

Cómo el campo de Higgs da masa

¿Se pregunta cómo sucede esto? He aquí una analogía rápida. ¿Recuerdas la conferencia de paleontología en Friends? Sí, el de Barbados, donde Ross pronuncia su discurso de apertura. Imaginemos por un momento que asistimos a esa conferencia con Ross y amigos. Entonces, estamos en el pasillo y Ross está a punto de dar su discurso. La sala en esta analogía representa el espacio, mientras que todos los que se han reunido en la sala representan colectivamente el campo de Higgs. Ross y Joey son las partículas que atraviesan el campo.

Ross interactuando con la multitud

Ross interactuando con la multitud (Crédito de la foto: Amigos, temporada 9)

Una vez terminada la conferencia, mientras Ross cruza el pasillo para irse, los paleontólogos lo rodean para felicitarlo por su charla.

Supongamos que los recolectores están sentados uniformemente al otro lado del pasillo. Mientras Ross se mueve, las personas a las que se acerca interactúan con él, y después de haberlo hecho, regresan a sus asientos. Debido a que los paleontólogos intentan hablar con él, el movimiento de Ross por la sala se ve obstaculizado. Cuanto más interactúa, más difícil se vuelve su paso y, en consecuencia, más masivo se vuelve.

Sin embargo, no se puede decir lo mismo de Joey. ¿Te das cuenta de que no interactúa con el grupo de personas de la misma manera que lo hace Ross?

Los paleontólogos no quieren hablar con él, por lo que puede cruzar la sala sin ninguna intercepción, como un gluón o un fotón que no interactúa con el campo de Higgs y, en consecuencia, no adquiere masa. Ross y Joey entran al salón con masa cero, pero Joey no adquiere masa y, por lo tanto, permanece sin masa. Ross, sin embargo, debido a sus interacciones con la multitud, se ha convertido en una partícula masiva.

Cualquier interacción con el campo de Higgs le dio masa a cualquier partícula subatómica como quarks y electrones.

Una partícula adquiere más o menos masa en función de cómo interactúa con el campo (Crédito de la foto: Designua / Shutterstock)

Ahora, puede preguntarse, ¿dónde encaja el bosón de Higgs en todo esto? Y una pregunta razonable que sería. Después de todo, hemos estado hablando del campo de Higgs sin mencionar el bosón. Pero para responder a eso, debemos pensar en términos de campos en lugar de partículas, ya que no es el bosón de Higgs el que juega el papel de agente que imparte masa, sino más bien el campo de Higgs.

La conexión entre el campo de Higgs y el bosón de Higgs

Si bien nuestra comprensión de lo que constituye el universo observable ha avanzado mucho desde que los antiguos pensaban que todo se reducía a cuatro elementos (aire, agua, fuego y tierra) para formar todo en nuestro universo, en nuestros intentos de encontrar el más pequeño unidad indivisible de materia, muchos han acabado con la impresión de que son las partículas las que son fundamentales.

Sin embargo, las cosas no son así, según la física moderna. Resulta que son los campos los que son fundamentales.

Entonces, ¿qué es un campo? Todos hemos sentido el efecto de un campo al sostener un imán cerca de una pieza de hierro. Un campo es algo con lo que un objeto puede afectar a otro sin ningún contacto físico entre ellos.

Por ejemplo, un campo podría ser magnético, como el causado por el interior magnético de la Tierra que afecta a las brújulas, o podría ser de naturaleza gravitacional, como el que nos empuja hacia la Tierra.

Cada partícula del modelo estándar tiene un campo asociado. Lo que uno percibe como partículas son en realidad excitaciones de campos, como olas en un océano. El bosón de Higgs también, como todas las demás partículas, surge de la excitación de su campo asociado, el campo de Higgs.

Para probar la existencia de este campo de Higgs que da masa, la teoría derivada de Peter Higgs y sus colegas requería que el bosón de Higgs se manifestara como resultado de una perturbación creada en el campo de Higgs.

gota-de-liquido-cayendo-al-agua_t20_wNlNye (1)

Las partículas son pequeñas ondas que se mueven a través de campos cósmicos (Crédito de la foto: veinte20)

Volvamos ahora a nuestra analogía. Estamos de vuelta en el pasillo y los oradores y Ross aún no han llegado. Chandler, por aburrimiento, decide iniciar un rumor, lo que provoca que los asistentes a la conferencia se agrupen y lo discutan; a medida que el rumor viaja por la habitación, esto hace que los grupos se formen y se dispersen como olas. Estos grupos son bosones de Higgs.

El espacio vacío o el vacío no está realmente vacío, pero tiene innumerables partículas virtuales asociadas con varios campos que entran y salen de la existencia. Sin embargo, en el vacío, el valor esperado de estos campos resulta ser cero, lo que significa que, en promedio, podemos considerar que el vacío perfecto está desprovisto de partículas.. Solo el campo de Higgs tiene un valor esperado distinto de cero en el vacío, es decir, todo el espacio está lleno de él. ¡La naturaleza omnipresente del campo de Higgs es lo que le permite interactuar con partículas elementales y dotarlas de masa!