Me ha gustado mucho la charla de Alex Pomarol (UAB, Barcelona), “Electroweak Symmetry Breaking (EWSB). Status/Directions,”
ICHEP 2012, 9th July,
que nos resume lo que supone para los físicos teóricos el
descubrimiento del Higgs anunciado el 4 de julio de 2012. Lo primero,
euforia. Lo segundo, un gran número de nuevos resultados que hay que
digerir. Hay que recordar las palabras de Alex que afirma que en un solo
día se ha presentado más información sobre la ruptura de la simetría
electrodébil que en los últimos 40 años.
¿Qué hace que el bosón de Higgs sea una partícula especial? No, no es
que un editor le pusiera un título llamativo a la biografía del premio
Nobel Leon Lederman. Tampoco lo es que encontrar esta partícula nos
permita entender la condensación del campo de Higgs que llevó a que las
partículas ganaran masa. Incluso en las teorías sin Higgs o con un Higgs
compuesto, la condensación del campo de Higgs y el proceso de ruptura
espontánea de la simetría se da igualmente y de forma muy similar (pues
hay muchas pruebas indirectas de este fenómeno).
Tampoco el Higgs es una partícula especial porque sea una excitación
del del campo de Higgs que nos permita explorar sus propiedades, porque
en las teorías sin Higgs o con Higgs compuesto también hay excitaciones
del vacío que nos permiten explorar el campo.
La razón por la cual el bosón de Higgs es una partícula fundamental
en el modelo estándar es que sin esta partícula no se pueden realizar
cálculos de precisión, porque hay vértices con grados de libertad
longitudinales de los bosones vectoriales débiles que violan la
unitariedad (dan probabilidades mayores de la unidad) a alta energía y
bucles que conducen a valores infinitos. Sin un mecanismo que compense
estos defectos el modelo estándar se hunde en el más profundo de los
fangos. Si no existiera el Higgs tendría que existir física más allá del
modelo estándar que compense estos defectos que implican el “suicidio”
de la teoría.
La existencia del Higgs permite que el modelo estándar vuelva a
mostrar una enorme capacidad predictiva, pues los vértices que rompían
la unitariedad dejan de hacerlo si hay un bosón de Higgs que medie entre
ellos y los bucles con Higgs compensan con su signo a los bucles que
daban resultados infinitos. El modelo estándar con un bosón de Higgs
recupera todo su poder predictivo y evita su suicidio temprano a baja
energía; obviamente, a muy alta energía el modelo estándar puede ser
estable, metaestable o incluso inestable en función de la masa que tenga
el Higgs (para un valor de 125 GeV todo apunta a que es metaestable
hasta la escala de Planck y estable hasta la escala GUT, lo que está muy
bien).
Por cierto, para que el modelo estándar sea consistente gracias al
bosón de Higgs es necesario que el acoplamiento del Higgs a los bosones W
y Z, así como a los fermiones (quarks y leptones) sea exactamente el
predicho por la teoría. Si no coinciden con la predicción teórica no
estaremos ante el bosón de Higgs sino ante un primo del Higgs (en inglés
se suele decir un “impostor”). En el descubrimiento del Higgs publicado
el 4 de julio solo se comprobó que el acoplamiento a los fotones y
cierto acoplamiento a los bosones Z coinciden (con errores del orden del
10% con las predicciones teóricas), pero falta comprobar muchos otros
acomplamientos. Para finales de diciembre de 2012 habrá colisiones
suficientes en el LHC para que los análisis verifiquen si los
acomplamientos del Higgs a los bosones W, Z y a algunos fermiones
coinciden con los esperados y permiten asegurar que se trata del bosón
de Higgs del Modelo Estándar. Por cierto, comprobar todos los
acoplamientos a todas las partículas del modelo estándar es imposible en
el LHC y solo se pueden comprobar algunos, por lo que se requiere un
colisionador lineal de leptones para estudiar en completo detalle la
física del Higgs.
Obviamente, un bosón de Higgs no es suficiente para salvar al modelo
estándar y mantenerlo válido hasta una energía en la escala de Planck,
porque el Higgs es una partícula escalar (no lineal) que puede
interaccionar consigo misma y es necesario algún mecanismo que controle
estas autointeracciones a alta energía, pues lo natural es que aparezcan
divergencias. Como siempre para corregirlas lo más fácil es introducir
nuevas partículas que las compensen.
La consistencia a alta energía del modelo estándar se puede corregir
gracias a la supersimetría, incluso en su versión más sencilla, el
modelo supersimétrico mínimo o MSSM, que introduce un segundo doblete en
el sector de Higgs, con lo que en lugar de un bosón aparecen cinco. Lo
importante es que hay dos bosones escalares neutrinos (h y H) cuyo
efecto común compensa las divergencias debidas a la existencia de un
solo bosón escalar a alta energía. El modelo MSSM además introduce un
bosón pseudoescalar A y dos bosones de Higgs cargados H+ y H-. Por
supuesto, además de la supersimetría hay muchas otras soluciones al
problema de metaestabilidad del modelo estándar, incluso la posibilidad
de que ni siquiera sea un problema tan grave como para que requiera una
solución (por ejemplo, algunas propuestas para la gravedad cuántica
indican que tiene efectos incluso a una escala de energía tan baja como
la escala GUT, donde empezaría a fallar el modelo estándar).
Un bosón de Higgs con una masa de 125 GeV es ideal tanto para los
físicos experimentales, como para los físicos fenomenológicos, como
incluso para los físicos teóricos. Para los primeros porque permite
explorar en los colisionadores casi todos los acoplamientos del Higgs
con casi todas las partículas disponibles. Para los segundos porque la
auto-interacción del Higgs consigo mismo (m
H²= λ v²) nos da
un valor de λ≈0,26, suficientemente pequeño como para que la física del
Higgs sea fácilmente calculable con gran precisión utilizando la teoría.
Y para los últimos porque es una masa compatible con el modelo
estándar, con el rango alto de los modelos supersimétricos MSSM y con el
rango bajo de los modelos con Higgs compuesto. Por tanto, todos los
físicos teóricos estarán contentos porque su trabajo no tendrá que ser
tirado a la basura (por ahora).
Por supuesto, el LHC le está dando tortas por todos lados al modelo
MSSM y hoy en día solo le queda un pequeño resquicio para poder
respirar. Sin embargo, pasar al siguiente modelo NMSSM (next-to-minimal
supersymmetry model) para arreglar el desaguisado (así que la SUSY en
general está sufriendo poco con los resultados del LHC).
En resumen, con el descubrimiento del Higgs se ha iniciado una nueva
era en la física, la de la física del Higgs, en la que tendremos que
estudiar todas sus propiedades con gran precisión con objeto de
descubrir cualquier pequeña desviación respecto a las predicciones del
modelo estándar que nos guíen hacia el futuro de la física del siglo
XXI, hacia el modelo que sustituya al modelo estándar.
“Sit down before fact as a little child, be prepared to
give up every preconceived notion, follow humbly wherever and to hatever
abysses nature leads, or you shall learn nothing.” Thomas Henry Huxley
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