dimecres, de juliol 04, 2012

We have it!

El CERN ha trobat la partícula més mediàtica de la història. We have it! és la frase que ha cridat Fabiola Gianotti en la conclusió dels experiments de l'accelerador ATLAS. Resultats escrits en comic sans, cosa que algú al CERN s'ho hauria de fer mirar.

Fa unes hores ha conclòs aquest esdeveniment històric. Els dos grans experiments de l'LHC, el CMS i l'ATLAS, han presentat els seus resultats basats en l'últim període de presa de dades. Tots dos experiments han observat un clar senyal mostrant l'existència d'una nova partícula amb una massa prop de 126 GeV (unes 130 vegades la massa d'un protó), el que sembla ser el bosó de Higgs. Primer ha parlat Joe Incandela, portaveu del CMS, demostrant que l'existència d'aquesta partícula arriba auna preció de 4.9\sigma (Encara que en certs canals arriba a 5\sigma ), la qual cosa ha produït l'eufòria de l'audiència a l'auditori del CERN: un llarg aplaudiment celebrava la nova partícula descoberta pel CMS. Mai havia vist tant aplaudir el que s'anomena matemàticament un p-valor. Després va ser el torn dels resultats d'ATLAS, els resultats van ser presentats per Fabiola Gianotti. L'ATLAS va observar uns resultats completament consistents amb els del CMS amb una significació de 5\sigma als quals l'audiència novament va respondre amb un gran i llarg aplaudiment, celebrant la confirmació del descobriment de la nova partícula. Tant ATLAS com CMS han fet públiques declaracions oficials amb més detalls.

  • Però què és el bosó de Higgs?
De la mateixa manera que els químics fan servir la taula periòdica dels elements amb totes les propietats per construir molècules, els físics tenen una taula periòdica de partícules elementals, i la teoria que les descriu es diu Model Estàndard de Partícules (1973). Aquest model és una construcció matemàtica que s'ha de verificar. El model prediu que han d'existir 16 partícules diferents, les 16 han estat observades en diferents experiments la qual cosa converteix el model estàndard en un èxit teòric monumental que funciona molt bé per a descriure la naturalesa. No obstant això el model estàndard prediu una cosa que no s'observa: ens diu que totes les partícules tenen massa zero (la qual cosa òbviament no és cert). En els anys 60 diversos físics van trobar una solució a aquest problema que permetia preservar totes les propietats del model estàndard. Ells van postular que l'Univers hauria d'estar format per una substància (camp de Higgs) que faria que les partícules adquireixin massa i que si aquesta idea és correcta hauria d'existir una nova partícula. Aquesta partícula l'anomenaren bosó de Higgs.

  • Bosó de Higgs i camp de Higgs
Tot i que sonen molt semblant, no són la mateixa cosa. En teoria, el camp de Higgs és una substància que omple cada racó de l'Univers, no podem veure-la, sentir-la, olorar-la, però podem mesurar el seu efecte: fa que les partícules tinguin massa (igual que no podem veure el vent però sí mesurar els seus efectes). Una bona analogia per al camp de Higgs és quan estem sota l'aigua, l'aigua ens envolta tot el nostre cos. Per comprendre com les partícules tenen massa gràcies al camp de Higgs és important entendre que la massa d'una partícula és una mesura de la seva inèrcia, o de quant li costa moure's. De la mateixa manera que quan estem sota l'aigua ens costa moure'ns, quan les partícules es propaguen en el camp de Higgs els costa moure, el quant els costa és el que anomenem la massa de la partícula. I llavors, què és el bosó de Higgs? Si bé no podem veure el camp de Higgs alguna cosa que podem fer és pertorbar, tractar de fer-li alguna cosa perquè manifesti la seva presència. Així com no veiem l'aire però si aplaudim prop d'una espelma, aquesta s'apagarà perquè pertorbem l'aire al seu voltant. Tornant a l'exemple d'estar sota l'aigua, si aplaudim fortament sota l'aigua generarem petits corrents que produiran efectes observables, com el moviment d'una alga propera (o espantar els peixos). En aquesta analogia, l'aigua és el camp de Higgs, l'aplaudiment és la col·lisió d'un parell de partícules (dos protons en el cas del LHC) i el corrent o pertorbació (els físics en diuen excitació) de l'aigua és el bosó de Higgs . En altres paraules, el camp de Higgs envolta l'Univers fent que a les partícules les hi costi moure's (això vol dir que tinguin massa), i una excitació d'aquest camp és el bosó de Higgs. Generar corrents amb aplaudiments sota l'aigua no és tasca fàcil, el mateix problema s'enfronten els físics usant un generador d'aplaudiments bastant gran i costós (el LHC). Ara, quins serien els efectes observables si es crea un Higgs? Com que és una partícula pesada (centenars de vegades la massa d'un protó), el Higgs és inestable i es converteix ràpidament en altres partícules, aquestes són les partícules que cal buscar. Aquestes restes del Higgs serien l'espantar els peixos en l'exemple. L'LHC és una màquina que genera forts aplaudiments (col·lisions de partícules) sota l'aigua (en el camp de Higgs) i els detectors com ATLAS i CMS busquen veure si els peixos són foragitats (els efectes de les excitacions del camp de Higgs).

  • Higgs o no Higgs
Encara que ja a tot el món se celebra el descobriment del bosó de Higgs, els científics són molt curosos a l'hora de parlar només d'un nou bosó, però no li posen un nom. El motiu és que amb la informació disponible en aquests moments no es pot afirmar amb certesa que es tracti de Higgs. A més hi ha teories alternatives al model estàndard que també contenen partícules similars al Higgs per la qual cosa els científics prefereixen esperar a confirmar les propietats de la nova partícula. Sabem que és un bosó, però podria existir un bosó inesperat, per això els físics prefereixen ser conservadors i no anomenar-lo Higgs encara, encara que novament ... gairebé no hi ha dubte que el Higgs ha estat trobat.
 
  •  I què passa si es verifica que aquest nou bosó és el Higgs?
Primer celebrarem novament (avui ja és dia de festa per a la comunitat científica) i tindrem la confirmació que el nostre model estàndard està ben construït. És important destacar que si bé el model estàndard està a un pas de verificar-se completament, no és una teoria final ja que no és capaç d'explicar per exemple la gravetat (i moltes altres coses). El model estàndard només descriu tres de les quatre forces fonamentals de la natura (electromagnètica, nuclear feble i nuclear forta). A més el Higgs no explica la matèria fosca ni l'origen de l'Univers, el descobriment del Higgs ens mostra que la nostra teoria descriu apropiadament les partícules, però no resol molts dels misteris que els científics tracten d'aclarir. És és un pas molt important, però no li donem al Higgs propietats màgiques que resoldran tots els misteris, la naturalesa no és tan simple. Al final del seminari es va poder veure a un emocionat Peter Higgs costat dels seus companys François Englert, Gerald Guralnik i Carl Hagen (algunes de les ments darrere de la teoria avui aparentment verificada), qui va agrair als científics del LHC per donar-li l'oportunitat de viure aquest dia.  Un esdeveniment espectacular, aquesta data quedarà marcada en els llibres de física... i de religió?

Si voleu consultar més:

I gràcies a la inspiració del genial Jorge Diaz del bloc Conexión Causal.
 

5 comentaris:

Sr. Toshi ha dit...

Una excelent introducció, Ferran, gràcies de tot cor! Ara ja no em pillarà de nou això del Bosó de Higgs (del qual només em sonava el nom, ves a saber perquè...)

XeXu ha dit...

M'he guardat aquest post per quan tingués una estona per llegir-lo amb calma, perquè tenia ganes de saber ben bé de què estan parlant els diaris aquests dies. Ho has explicat de manera molt entenedora, sempre des de la mesura del possible per un profà en la matèria, però les teves analogies m'han servit per fer-me una idea de com funciona la matèria a nivell quàntic. A veure si mica en mica ho vaig entenent millor. Bona feina divulgativa.

Víctor de la Torre ha dit...
L'autor ha eliminat aquest comentari.
Víctor de la Torre ha dit...

Ostres, Déu n'hi do, Ferran, quin tros d'explicació que has fet! Magnífica! Me la guarda per tornar-la a mirar més endavant, quan em senti més lúcid!

Gairebé no et coneixia el bloc. Me'n faig seguidor i així veuré les novetats al Reader!

Víctor
http://superviventcatala.blogspot.com

Babunski ha dit...

Moltes gràcies a tots! Una de les intencions del bloc és (aconseguir) divulgar la ciència... que avui en dia no és fàcil de fer divulgar...