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¿Por qué las partículas no pueden ocupar el mismo espacio al mismo tiempo?

Quantum-Gravity

por Julio García.

Existe un principio de exclusión en la mecánica cuántica que afirma que es imposible que dos electrones en un átomo puedan tener la misma energía, el mismo lugar, e idénticos números cuánticos. En otras palabras, es imposible que existen dos cosas en un mismo lugar. Gracias a este principio, los objetos existen tal y como son.

¿Pero quién fue la persona encargada de dar a conocer por primera vez este principio?

El físico encargado de hacerlo se llama Wolfgang Ernst Pauli, quien nació en Viena el 25 de abril de 1900. En 1918 se licenció en física y en 1921 logró su doctorado, también en física, a partir de un artículo sobre la Teoría General de la Relatividad de Albert Einstein.

Pauli, Wolfgang (1900-1958)
El físico Wolfgang Pauli.

Para comprender mejor el principio de exclusión debemos decir que en la realidad, al menos aquella que podemos observar, existen dos tipos de partículas: los fermiones y los bosones. Los primeros se caracterizan por tener espín semientero (1/2, 2/3… etc.). Cuando nos referimos a la palabra spín estamos hablando del giro que tienen todas las partículas (imaginemos a una bailarina que gira sobre su propio eje pero a diferentes velocidades). Los fermiones están divididos a su vez en quarks y leptones: los quarks son las partículas que forman el núcleo de los átomos y los leptones a los electrones que giran en del núcelo atómico.  Hay que decir que toda la materia con la que interactuamos (desde los elementos químicos más básicos, hasta las galaxias más grandes) están formadas por quarks y leptones

Por el contrario, los bosones tienen un espín entero (0,1,2…etc.) y no cumplen con  el principio de exclusión de Paoli (los bosones pueden estar en dos lugares a la vez al mismo tiempo, al contrario de lo que sucede con los fermiones, como ya hemos señalado).

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El físico Peter Higgs recibiendo el Premio Nobel de Física.

En este sentido, la ciencia está llena de teorías que muchas veces tienen que ser desechadas cuando se les contrasta con la realidad. Pero en el caso del bosón de Higgs esto no sucedió. Su existencia ha sido demostrada gracias al Acelerador de Partículas que se encuentra en el CERN de Ginebra, Suiza. El esperado anuncio se hizo el 4 de Julio de 2012 y para 8 de octubre de 2013 Peter Higgs, junto con François Englert, recibieron el Premio Nobel de Física por su descubrimiento.

En resumen, el campo de Higgs debe ser considero como un campo que llena todo el vacío. La presencia de masa es el resultado de la interacción de las partículas elementales con este campo vacío. En este sentido el campo de Higgs podría ser tan importante como la curvatura del espacio-tiempo que es la que al fin y al cabo produce la gravedad. Recordemos que Albert Einstein propuso en 1915 que entre más masivo es un cuerpo, mayor es la curvatura que produce en el espacio-tiempo el cual puede ser imaginado como una gran cama elástica que se deforma por la presencia de la masa que producen los cuerpos masivos tal es como las estrellas, los planetas y las galaxias.

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Otorgan el premio Nobel a los descubridores del bosón de Higgs

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Simulación del choque de partículas donde es producido el Bosón de Higgs /Crédito: space.com

Hoy ha sido anunciado el premio Nobel de Física y los ganadores son dos físicos quienes predijeron la existencia del elusivo bosón de Higgs: una partícula que explica por qué otras partículas tienen masa.

La predicción sobre la existencia del bosón se hizo hace casi 50 años por Peter Higgs de Inglaterra y Francois Englert de Bélgica.

La academia dijo que ambos científicos se lo merecían “por el descubrimiento teórico de un mecanismo que contribuye a al entendimiento del origen de la masa de las partículas subatómicas, lo cual ha sido recientemente confirmado a través del detector ATLAS del Gran Colisionador de Hadrones”.

En este sentido, dos equipos del CERN anunciaron a finales del año pasado que habían descubierto una nueva partícula que era el bosón de Higgs. La identidad de la partícula fue confirmada a principios de 2013.

El bosón de Higgs representa la última pieza por descubrir del reino de las partículas subatómicas llamado el Modelo Estándard. Y tanto Englert como Higgs, de forma independiente, publicaron investigaciones respecto al proceso de cómo las partículas adquieren masa. Proceso que lleva el nombre de Mecanismo Brout-Englert-Higgs el cual marca la culminación de décadas de esfuerzo intelectual de muchas personas alrededor del mundo.

Englert nació en 1932 en Etterbeek, Bélgica y obtuvo su doctorado en 1959 por la Universidad Libre de Bruselas, donde ahora es profesor emérito.

Por su parte, Peter Higgs nació en Inglaterra en 1929 y obtuvo su doctorado en 1954 por la Universidad de Londres. Actualmente es profesor emérito de la Universidad de Edimburgo.

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Traducido y editado por Julio García.

Referencia: Space.com

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