Arxiu del dijous, 13/09/2012

Com es troba un bosó?

dijous, 13/09/2012

Higgs-Bump.jpg Quan es va anunciar el descobriment del bosó de Higgs, hi havia un detall que a molts els va passar per alt. La nota de premsa del CERN no deia que havien descobert el bosó de Higgs sinó una partícula que era un bosó i que era compatible amb el que esperem del Higgs. Una excel·lent demostració de la prudència amb la que els científics seriosos afirmen les coses. La manera de funcionar és una mica diferent dels aficionats als ovnis, que amb una simple llum al cel ja en tenen prou per afirmen que els habitants de Ganimedes estan arribant a la Terra per celebrar l’era d’Aquari.

Les dades confirmaven les que s’apuntaven feia un any, i aleshores ens preguntem per quin motiu abans no en tenien prou per anunciar el descobriment. Si un aconsegueix una imatge del bosó ja en té prou, no? Naturalment el problema es que no es poden fer fotos ni res de semblant. Si ens hi fixem, veurem que un dels senyals que ha servit per demostrar la presencia del Higgs és simplement  un gràfic d’una línia corba amb un bultet curiós al mig.

El problema és que el Higgs en realitat gairebé no existeix. Vull dir que si que existeix, però només durant una fracció de segon. Aproximadament la mil·lèsima part de la trilionèsima part d’un segon. Quan els amics del CERN feien xocar protons a l’accelerador de partícules, en algunes ocasions es generava un bosó de Higgs… que immediatament es desintegrava.

Per tant, la estratègia ha sigut detectar els productes de la desintegració del bosó. Se’n generen uns quants, de manera que es van fer dos experiments diferents buscant productes de desintegració diferents. Així, si els dos experiments trobaven el mateix resultat, probablement seria correcte.

Un dels més senzills d’entendre s’aprofita del fet que quan el Higgs es desintegra es generen  dos fotons que surten disparats en direccions contraries. Per tant, si quan té lloc la col·lisió el detector, que és una cambra cilíndrica, detecta al mateix temps dos fotons en direccions oposades, pot ser que sigui perquè s’ha generat un bosó de Higgs. A més, l’energia dels fotons ens donarà una indicació de com de gran era la partícula que els ha generat. Com més gran sigui, més energia tindran els fotons. El problema és que hi ha molts altres motius que poden generar dos fotons. És el que els físics consideren “soroll de fons”.

Però, per sort, sabem amb precisió quan soroll de fons hi ha d’haver en el detector. Unes poques deteccions de fotons de moltíssima energia, unes quantes més de fotons amb menys energia, moltes més de fotons poc energètics i moltíssimes de fotons anorèxics. De manera que si el Higgs no existís, al dibuixar una gràfica amb el nombre de fotons detectats i la seva energia trobaríem una corba que baixaria suaument, com un tobogan.

Ara bé. Si el Higgs existís, en alguna zona de la corba es veuria un excés de fotons; els corresponents a les desintegracions del Higgs. I a més, l’energia que tinguessin ens indicaria quina és la massa del bosó que les ha generat. Per tant, segons com surtís el gràfic sabríem si existeix i quina massa té.

I això és el que va servir per demostrar la existència del bosó. Un simple repunt en la corba de fotons detectats. Aquell excés de fotons es trobava en la zona dels 126 GeV, que és una xifra que a la majoria no ens diu res però que els físics ens tradueixen dient que és una partícula gran que t’hi cagues. I els dos detalls importants són que els dos experiments (anomenats ATLAS i CMS) van oferir pràcticament el mateix resultat i que aquest coincidia amb les previsions de la teoria.

Per això va caldre anar fent tantes col·lisions durant tant de temps. Igual que quan baixem una foto d’internet es va formant la imatge a la pantalla poc a poc, amb millor definició a mida que els píxels es van acumulant, els físics anaven dibuixant la corba, primer de manera molt borrosa, però cada vegada amb més precisió a mida que acumulaven dades. Fa un any semblava que hi havia un senyal que destacava, però per estar segurs calia que la probabilitat de que aquell aparegués per atzar fos menor de una en tres milions. Una xifra a la que es va arribar aquest Juliol i que segurament obre les portes a un premi Nobel ben merescut.

I de fet obre moltes més portes, perquè ben mirat només sabem que existeix i com de gran és. Ara toca estudiar totes les seves altres característiques. Quan es coneguin totes potser es decidiran a afirmar que si, que aquell bosó de 126 GeV efectivament és el bosó de Higgs.