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1 de Julio de 2014
Historia de la física

De la superconductividad al bosón de Higgs

Buena parte de las ideas que condujeron al mecanismo de Higgs se originaron en la física de la materia condensada. Su historia ayuda a entender desde otra perspectiva una de las piedras angulares de la física de partículas.

Heike Kamerlingh-Onnes (izquierda). [DOMINIO PÚBLICO, VÍA WIKIMEDIA COMMONS Y WWW.NOBELPRIZE.ORG]

En síntesis

El hallazgo del bosón de Higgs, descubierto en el CERN hace ahora dos años, confirmó el mecanismo escogido por la naturaleza para dotar de masa a las partículas elementales.

Dicho mecanismo se basa en una idea clave en física: la ruptura espontánea de simetría. Su origen se encuentra estrechamente ligado a los esfuerzos por entender la superconductividad.

Philip Anderson desempeñó un papel crucial a la hora de estudiar tales ideas en materia condensada. En física de partículas destacaron los trabajos de Yoichiro Nambu y Jeffrey Goldstone.

Algunas de las claves del mecanismo de Higgs pueden retrotraerse a los trabajos de Ernst Stueckelberg. En 1938, el físico formuló una versión de la electrodinámica con fotones masivos.

Este artículo forma parte de la serie de IyC «La física de partículas antes y después del bosón de Higgs».

En 1913, Heike Kamerlingh-Onnes, el descubridor de la superconductividad, especulaba con la posibilidad de usar bobinas superconductoras para producir campos magnéticos «mucho más intensos que los obtenidos con los electroimanes más potentes». Casi un siglo después, dicha técnica se aplicaría en la construcción del Gran Colisionador de Hadrones (LHC) del CERN y desempeñaría con ello un papel fundamental en el hallazgo del bosón de Higgs, descubierto hace ahora dos años.

Sin embargo, la relación entre la superconductividad y el bosón de Higgs va mucho más allá del uso tecnológico de la primera en los aceleradores de partículas. El proceso intelectual que condujo a los trabajos de Robert Brout, François Englert y Peter Higgs se vio muy influido por los intentos para entender la superconductividad. Repasar aquellos avances no solo reviste un genuino interés histórico, sino que nos brinda un prisma único para analizar una de las nociones clave de la física de partículas moderna.

En abril de 1911, en su laboratorio de la Universidad de Leiden, Kamerlingh-Onnes había observado que la resistencia eléctrica de un cable de mercurio desaparecía casi por completo cuando su temperatura disminuía por debajo de 4,2 grados Kelvin. Había descubierto la superconductividad: el fenómeno por el que algunos materiales dejan de oponer resistencia al paso de la corriente eléctrica cuando se enfrían por debajo de cierta temperatura crítica.

El conocimiento de las propiedades físicas de los superconductores fue avanzando gradualmente en las décadas que siguieron. Uno de los hitos en ese proceso tuvo lugar en 1933. Aquel año, en el Instituto Físico-Técnico de Berlín, Walther Meissner y Robert Ochsenfeld observaron que, al colocar un superconductor en un campo magnético externo, este penetraba en el material si la temperatura era superior a la crítica. Sin embargo, por debajo de dicha temperatura, el campo magnético era «expulsado» del seno de la muestra. Este efecto, responsable de fenómenos como la levitación magnética, resulta tan fundamental que, con el tiempo, ha sido reconocido como la señal característica de la fase superconductora de un material.

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