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8 de Octubre de 2013
PREMIOS NOBEL

Nobel de física 2013

El galardón recae sobre François Englert y Peter Higgs por la formulación matemática del mecanismo que confiere masa a las partículas elementales.

François Englert (izquierda) y Peter Higgs (derecha) han sido galardonados con el premio Nobel de física de este año. [Wikimedia Commons]

Tal y como muchas voces habían conjeturado, el premio Nobel de física de este año ha sido concedido a François Englert, de la Universidad Libre de Bruselas, y Peter Higgs, de la Universidad de Edimburgo, «por el descubrimiento teórico de un mecanismo que contribuye a nuestro entendimiento del origen de la masa de las partículas subatómicas».

Dicho mecanismo teórico, que fue propuesto durante los años sesenta por los autores hoy premiados, implicaba la existencia de una nueva partícula elemental. Dicha partícula fue descubierta el año pasado por las colaboraciones ATLAS y CMS del Gran Colisionador de Hadrones (LHC) del CERN, lo que supuso la confirmación experimental del mecanismo teórico propuesto por Higgs y Englert.

La predicción de los galardonados se remonta a sendos artículos publicados en 1964 en Physical Review Letters. Uno de ellos fue firmado por Higgs en solitario, mientras que el otro fue suscrito por Englert y Robert Brout, por aquel entonces también investigador en la Universidad Libre de Bruselas. Desafortunadamente, Brout falleció en mayo de 2011, por lo que nunca llegó a vivir el descubrimiento de la nueva partícula.

El problema de la masa

En su versión más simple, los modelos matemáticos que describen el comportamiento de las partículas elementales y sus interacciones predicen que las partículas mediadoras (como los fotones, por ejemplo) deberían carecer de masa. El fotón respeta esta condición, pero no así las partículas transmisoras de las interacciones débiles, los bosones W y Z. 

En 1964, los autores hoy galardonados y otro equipo más, compuesto por los investigadores del Colegio Imperial de Londres Gerald S. Guralnik, Carl R. Hagen y Tom W. Kibble, publicaron tres artículos en el mismo número (el número 13) de la revista Physical Review Letters. En ellos se proponía una solución al problema: las partículas mediadoras de las interacciones podrían adquirir masa si el espacio estuviese impregnado por un campo escalar que tomase un valor distinto de cero. Con los años, dicho campo ha dado en llamarse «campo de Higgs».

En términos sencillos, el campo de Higgs puede imaginarse como un fluido viscoso que llena todo el espacio. La masa de las partículas —que representa su inercia a moverse— quedaría explicada en esta analogía como la «fricción» que experimentaría una partícula al desplazarse a través de dicho fluido. De esta manera, el campo de Higgs no solo proporcionaba un mecanismo para dar masa a las partículas mediadoras de las interacciones débiles, sino también a otras, como los electrones y los quarks.

En su artículo de 1964, Higgs señaló que dicho campo ubicuo implicaría además la existencia de una nueva partícula elemental. Esta nueva partícula se correspondería con las excitaciones elementales del campo de Higgs (o con las «olas» del fluido viscoso, en la analogía anterior), debería tener espín cero y habría de poseer una masa relativamente elevada. El año pasado, tras largos decenios de búsqueda, el LHC del CERN anunció su descubrimiento. Con una masa de unos 125 gigaelectronvoltios, el bosón de Higgs es la segunda partícula elemental más pesada conocida, después del quark top.

El mecanismo de adquisición de masa que los galardonados propusieron en 1964 era genérico y no se limitaba a ningún modelo concreto. En 1967, el también premio nóbel Steven Weinberg lo incorporó a la estructura básica del modelo estándar, gracias a lo cual llegó a la conclusión de que la interacción electromagnética y la interacción débil no podían ser sino dos manifestaciones de una misma fuerza fundamental de la naturaleza. Desde entonces, el mecanísmo propuesto por Englert y Higgs, así como su partícula asociada, el bosón de Higgs, han venido considerándose una pieza angular en la descripción moderna de las partículas elementales y sus interacciones.
 

Para saber más

Más información sobre el premio Nobel de este año en Fundación Nobel.

Los artículos originales publicados en 1964 en Physical Review Letters por Englert/Brout, Higgs y Guralnik/Hagen/Kibble son de acceso libre. Pueden consultarse en prl.aps.org/50years/milestones#1964

Investigación y Ciencia ha publicado numerosos artículos firmados por investigadores expertos en los que se explican en términos sencillos pero rigurosos el mecanismo de generación de masa y la búsqueda del bosón de Higgs:

«¿Está la partícula de Higgs asomando la cabeza?» (IyC febrero de 2012). Artículo de Alberto Casas, investigador del Instituto de Física Teórica de Madrid, sobre la interpretación de los primeros indicios del LHC que en diciembre de 2011 ya apuntaban a la posible existencia del bosón de Higgs. Incluye una explicación muy sencilla del mecanismo de generación de masa y su relación con las simetrías de la naturaleza.

«El descubrimiento del bosón de Higgs» (gratuito, IyC agosto de 2012). Artículo de Alberto Casas sobre el hallazgo del bosón de Higgs en el CERN. Este artículo recibió un premio de divulgación CPAN 2012 en la categoría de artículos publicados en medios de comunicación.

«La búsqueda del bosón de Higgs» (IyC septiembre de 2012). Artículo de Martine Bosman (ATLAS) y Teresa Rodrigo (CMS) en el que se describen con gran detalle los métodos experimentales y estadísticos empleados en la búsqueda del bosón de Higgs en el LHC del CERN.

«Un abanico de partículas» (IyC septiembre de 2012), de Jeremy Bernstein, profesor emérito del Instituto de Tecnología Stevens, traza un recorrido por la historia del modelo estándar en el que se explican los argumentos teóricos que pueden llevar a predecir la existencia de una partícula elemental.

«¿Esconde el bosón de Higgs nueva física?» (IyC diciembre de 2012). Artículo del investigador John Ellis, del CERN, en el que se discuten las posibilidades de que el bosón de Higgs hallado en el CERN esconda física más allá del modelo estándar.

Asimismo, los artículos «La unificación de la física», de Steven Weinberg, y «El gran colisionador de hadrones», de Chris Llewellyn Smith, han sido recomendados por la Fundación Nobel en su informe divulgativo.

Otros artículos relacionados pueden encontrarse en la selección inferior. 

—IyC

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