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El Nobel 2013 a quienes predijeron el Higgs

Michelle Morelos
8/oct/2013

El CERN está de fiesta. "Por el descubrimiento teórico de un mecanismo que contribuye a nuestra comprensión del origen de la masa de las partículas subatómicas, y que recientemente fue confirmado por el descubrimiento de la partícula fundamental previsto, por los experimentos ATLAS y CMS en el Gran Colisionador de Hadrones del CERN" Peter Higgs y François Englert han sido anunciados hoy como ganadores del Premio Nobel de Física 2013.

El reconocimiento otorgado por la Real Academia Sueca de las Ciencias, que sólo podía elegir a tres personas vivas o una organización, eligió a dos de los teóricos que publicaron la idea de manera casi simultánea en 1964.

De hecho, el mecanismo de rompimiento espontáneo de simetría, el cual permite que los bosones de norma del Modelo Estándar de las partículas elementales adquieran masa, a pesar de ser mejor conocido como el mecanismo de Higgs, fue publicado primero por los físicos Robert Brout y François Englert. ¿Por qué entonces se reconoce al físico inglés como el inventor de dicha partícula?

La historia se remonta al año 1962, cuando Philip Warren Anderson, físico de la Universidad de Harvard, entre algunas de sus aportaciones, descubre que el mismo mecanismo utilizado en la superconductividad para comprender el efecto Meissner (1933) era posible aplicarlo para que los bosones de Goldstone, que son excitaciones del campo en dirección simétrica y carecen de masa, se convirtieran en los grados de libertad longitudinal que dotan de masa a una partícula.

Sólo que había un error en lo predicho por Anderson y fue detectado por Walter Gilbert, ganador del premio Nobel de Química, quien publicó en la Physical Review Letters el 30 de marzo de 1964, que el método del estadounidense no podía funcionar porque violaba la simetría de Lorentz.

Mientras tanto, en el continente europeo, Peter Higgs, quien además de su trabajo como físico teórico era bibliotecario en la Universidad de Edimburgo, tenía acceso cada semana a los nuevos números de las revistas de investigación en Física. El jueves 16 de julio de 1964 la suerte le sonrió: mientras hojeaba uno de los artículos, leyó el de Gilbert y se sorprendió al saber que la teoría de ruptura espontánea de simetría electrodébil propuesta por Yoichiro Nambu, físico de la Universidad de Chicago, tenía errores.

Durante el transcurso del fin de semana descubrió que también lo predicho por Gilbert no era correcto. Así que en los próximos siete días se encargó de escribir un artículo en el que decía lo que se tenía que hacer aunque sin hacerlo.

El viernes 24 de julio mandó su texto a la Physics Letters. La revista lo recibe hasta el día 27 y de inmediato lo aceptó. El artículo llevó el título Broken symmetries, massless particles and gauge fields y fue publicado el 15 de septiembre de ese mismo año.

En agosto, Higgs comenzó a agregar y corregir párrafos a su primer artículo, en los cuales ya especificaba la existencia de un “mesón” con masa. Este artículo fue recibido el 31 de ese mes y publicado el 19 de octubre, esto significó una construcción más sólida de la teoría que hoy conocemos como el bosón de Higgs.

El problema fue que el editor de la publicación, Yoichiro Nambu, le comentó que en la revista apareció un escrito muy similar realizado por François Englert y Robert Brout, ambos de la Universidad de Bruselas, llamado Broken Symmetry and theMass of Gauge Vector Mesons, recibido el 26 de junio y publicado el 31 de agosto. Dos semanas antes que el primero del físico británico.

Por lo cual, Higgs añadió una nota al pie de página en la que aclaraba que aunque sus conclusiones eran muy parecidas fueron obtenidas de manera independiente. Esta historia es contada por el propio Peter Higgs en una charla llamada My Life as a Boson, realizada en el Kings College de Londres en 2010.

Si bien Englert y Brout llegaron a conclusiones parecidas al de Peter Higgs con respecto al mecanismo, no mencionaron la existencia de lo que hoy conocemos como el bosón de Higgs, como sí lo hizo su colega de la Universidad de Edimburgo.

Según el blog de divulgación científica Francis(th)Emule Science's News, escrito por Francisco Villatoro, las principales distinciones entre el trabajo de Englert y Brout con el de Higgs es que ellos trabajaron con diagramas de Feynman en los que corroborar la invarianza gauge de la teoría es más complicado, mientras que Higgs lo comprueba directamente con el lagrangiano clásico de la teoría que es como en la actualidad se hace.

Asismimo, otro grupo de tres investigadores, Gerald Guralnik, Carl Hagen y Tom Kibble, mostraron un artículo similar al de Higgs, Englert y Brout, titulado: Global conservation laws and massless particle, presentado a la revista Physics Review Letters en el mes de octubre y publicado a mediados de noviembre de 1964.

La confusión

Ante estas pruebas, se podría decir que un nombre apropiado al mecanismo que produce la ruptura espontánea de simetría electrodébil en una Teoría Gauge invariante, es el mecanismo de Englert–Brout–Higgs–Guralnik–Hagen–Kibble. Pero ¿por qué sólo se abrevió a mecanismo de Higgs?

Una posible respuesta se explica en el libro The Infinity Puzzle, de Frank Close, que a su vez es retomado por Adrian Cho en su artículo Who invented the Higgs boson?, en el cual se asegura que la confusión se inició debido a un error de Steven Weinberg, premio Nobel por su trabajo sobre la teoría unificada de las fuerzas débiles y electromagnéticas. El físico citó en 1967 que el artículo de Higgs fue publicado en la Physical Review Letters en el volumen 12 y el de Englert y Brout en el 13. Lo que hacía parecer que el de Higgs fue primero.

El error es que el trabajo del físico británico se dio a conocer en la Physics Letters, aunque sí en el volumen 12 pero quince días después del paper de Englert y Brout. Este error permaneció por décadas hasta que Weinberg reconoció la confusión en un ensayo realizado para The New York Review of Books en mayo del 2012.

Además del error de Weinberg, también destaca otra equivocación, aclarada en la revista Nature con el artículo: The long story of how the boson got only Higgs’sname. En el texto se cuenta que en una reunión entre Peter Higgs con Benjamin W. Lee, importante físico teórico coreano, hablaron sobre el bosón. En la plática nunca se mencionaron las aportaciones de Brout y Englert, ni las de Hagen, Guralnik y Kibble. Era una reunión informal entre colegas con una botella de vino como testigo, así que Higgs en la charla con el coreano, por olvido o facilidad, sólo mencionó su nombre.

El problema surgió cuando Lee en la Conferencia Internacional de Física de Alta Energía celebrada en 1972 en el ahora conocido Fermilab, en Batavia, Illinois, Estados Unidos, recordó su plática con Higgs por lo que utilizó el nombre “mecanismo de Higgs” y en su conferencia llamó “bosón de Higgs” a la partícula que resulta de dicho mecanismo. La mayoría de las personas no conocían esta teoría, hasta que fue popularizada por la charla de Lee en la que resaltó la importancia de este postulado en la consolidación del Modelo Estándar, que comenzaba a salir a la luz.

Los posibles cuestionamientos

Uno de los cuestionamientos sobre el Nobel que ganaron hoy Higgs y Englert es hasta qué punto ha sido demostrada la existencia de la partícula predicha por estos científicos. Los comunicados y artículos publicados por las colaboraciones del Gran Colisionador de Hadrones (LHC, por sus siglas en inglés) indican con una gran precisión el descubrimiento de una nueva partícula compatible con casi todas las muchas predicciones de Higgs y Englert. Sin embargo, los voceros del LHC no han aún anunciado que encontraron la partícula predicha en 1964 porque dos de sus propiedades no han sido medidas con suficiente precisión: su espín y su paridad. En los últimos reportes del LHC, estas mediciones tienden a dar los resultados esperados, pero aún se necesitan más datos para su completa confirmación.

De acuerdo con Saúl Ramos-Sánchez, investigador del Departamento de Física Teórica del IFUNAM, ante la evidencia mostrada por el LHC durante más de un año y sobre todo los resultados presentados el 14 de marzo, en la comunidad mundial de Física de altas energías resulta inimaginable que los resultados que reportará el LHC en un par de años no confirmarán el descubrimiento del bosón de Higgs. "El mecanismo de Higgs se considera también un hecho de la naturaleza, dadas las precisas mediciones de las masas de todas las partículas fundamentales y las transformaciones de la nueva partícula en las partículas fundamentales, sólo compatibles con la propuesta galardonada hoy con el premio Nobel".

En palabras del vocero oficial de uno de los experimentos del LHC, el Solenoide Compacto de Muones (CMS), Joe Incandela, "los resultados preliminares con el conjunto completo de datos del 2012 son magníficos y, para mí, es claro que se trata del bosón de Higgs, aunque aún nos falta un largo camino para saber de qué tipo de bosón de Higgs se trata." Joe Incandela en su última frase hace alusión al hecho de que el origen del bosón de Higgs aún no es claro pero eso es independiente de su existencia.

Lo cuestionable del galardón, explica Ramos-Sánchez es quizá que ni siquiera Einstein recibiera el premio Nobel por las aportaciones de su teoría de la relatividad porque, para pocos, las muchas confirmaciones de la teoría no eran suficientes ante, por ejemplo, la predicción de entonces inaceptables objetos celestes, como los agujeros negros, hoy reconocidos como existentes. "Para algunos, la Academia incurrió hoy en un acto de fe sin precedentes. Para otros, la Academia sólo premió un esfuerzo científico de más de medio siglo que cierra definitivamente el capítulo de nuestra comprensión del origen de la masa de las partículas fundamentales", concluyó.

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