Nos vamos a aburrir de leer sobre el tema de la rotura espontánea de la simetría.
Este mecanismo es el que hace que aparezcan las partículas de Higgs con una determinada masa. Este proceso es muy importante porque causa dos cosas, la masa del Higgs es un parámetro fundamental para acotar las posibles masas de las partículas que nos rodean usualmente (un Higgs muy pesado o muy ligero no sería consistente con las masas de las partículas conocidas) y además porque nos dará un mecanismo por el cual el electromagnetismo y la interacción débil son diferentes.
La interacción electromagnética y la débil están unificadas a partir de determinada energía, es decir, el fotón (electromagnetismo) y los bosones W y Z (interacción débil) tienen las mismas características lo que implica que las estas interacciones son la misma.
Sin embargo, en nuestra física del día a día son dos interacciones diferentes (el fotón no tiene masa y los bosones W y Z sí tienen masa).
Vamos a explicar en términos cotidianos esto de la rotura (espontánea) de la simetría. (Esto sólo es un ejemplo)
Nos vamos de boda…
Nuestro amigo Pedro se casa y debido a los problemas típicos en la disposición de las personas en las distintas mesas ha tenido que poner a 10 personas alrededor de una mesa redonda entre las cuales hay algunas que no se llevan del todo bien.
Como son personas educadas asumen su situación y se disponen según el orden establecido por las etiquetas asignadas a cada asiento con el nombre de cada invitado.
Curiosamente cada invitado tiene a su derecha y su izquierda dos personas que no le caen bien.
Esto genera cierta tensión en la mesa, la cosa no es cómoda.
Pero a vista de todos ahí no está pasando nada del otro mundo, la situación es una mesa con una disposición simétrica de 10 personas.
Estas aguantan, manteniendo el tipo, toda la cena en esta configuración simétrica.
Pero en cuanto llega el momento del café y la copa, cuando el protocolo se relaja, se producen agrupamientos espontáneos de las personas que se caen bien y se sientan todos apelotonados en un lado de la mesa.
Esto a vista de todos ha roto la simetría. Pero ojo, ahora tenemos una situación no simétrica pero la tensión se ha relajado.
El ejemplo y el Higgs
La mesa simétrica con cada persona en su sitio representa una situación donde no hay partículas de Higgs. Pero como cada persona está rodeada de gente que no le cae bien pues hay cierta tensión en la mesa, esto representa que aunque no hay partículas de Higgs la situación no tiene energía mínima.
De repente las personas que se caen bien dentro de la mesa se apelotonan, arrastran las sillas para estar cerca. Esto significa que se ha roto la simetría ya que hay que elegir una posición de la mesa donde apelotonarse de entre todas las posiciones equivalentes y además la cosa es espontánea.
A esto se le llama rotura espontánea de la simetría.
Pero resulta que en esta nueva configuración vemos un apelotonamiento, esto equivale a decir que se ha creado una partícula de Higgs.
Y sin embargo, la situación está más relajada, lo que corresponde a decir que hemos pasado de una situación con una energía alta a una situación con una energía mínima.
Ahora supongamos que en la mesa tenemos unos carteles con las anotaciones 100 GeV, 125GeV, 198GeV,… y así un número en cada posición. Al principio todas las posiciones son iguales pero en cuanto se produce la rotura de simetría podemos decir que el apelotonamiento está en 125GeV por ejemplo…
En términos del Higgs lo que hace el campo es pasar de un valor nulo a un valor concreto.
En el punto inicial (0,0,V(Higgs)), donde V(Higgs) es la energía del campo con esos valores, tenemos que el campo Higgs es nulo pero que tiene energía.
La idea es que el Higgs intentará llegar a una situación menos energética y eso implica que V(Higgs) pasa a tener un mínimo, pero ahora el campo ya no es nulo y además el valor que obtiene el campo en el mínimo de energía no se puede predecir inicialmente.
En esta entrada lo único que pretendíamos es dar una imagen pedestre de la rotura espontánea de la simetría que es un apartado esencial en lo que se conoce como mecanismo de Higgs.
Nos seguimos leyendo…
