Observan un análogo de la ‘partícula divina’ en supermateriales

En 2012, se constataba la existencia de una partícula subatómica buscada durante mucho tiempo: el bosón de Higgs, responsable de dotar de masa a los demás componentes básicos de la materia. Fue en el Gran Colisionador de Hadrones del CERN, y su hallazgo le valió el premio Nobel de Física de 2013 a François Englert y Peter W. Higgs, autores del descubrimiento teórico del bosón hace más de 50 años.
 
Aquellos primeros indicios de esta partícula fueron inspirados por el estudio de los superconductores, una clase especial de metales que, cuando se enfrían a temperaturas muy bajas, permiten a los electrones (partículas subatómicas de carga negativa) moverse sin resistencia.

Ahora, un equipo de investigación dirigido por físicos israelíes y alemanes ha cerrado el círculo, al informar de las primeras observaciones del análogo del Higgs en materiales superconductores.
 
Se cierra el círculo
 
A diferencia de los experimentos subatómicos del CERN en una instalación que costó alrededor de 4.100 millones de euros, estos hallazgos, presentados en la prestigiosa revista científica Nature Physics, se han logrado con un coste relativamente bajo y en un laboratorio corriente.

Aviad Frydman, miembro del Departamento de Física de la Universidad Bar-Ilan, en Israel, explica en un comunicado de dicho centro, que su hallazgo traslada la búsqueda del bosón de Higgs de nuevo a su fuente.
 
"Irónicamente, mientras que la discusión acerca de este ‘eslabón perdido’ del Modelo Estándar de física de partículas se inspiró en la teoría de los superconductores, el análogo del Higgs nunca fue observado en estos materiales, por dificultades técnicas. Unas dificultades que ahora hemos logrado superar", añade Frydman.
 
En términos generales, el modelo estándar describe 18 partículas que forman la materia y las fuerzas que rigen sus interacciones. El bosón de Higgs completó la colección de 18 tipos de partículas fundamentales requeridas.

El truco para encontrarlo

En su artículo de Nature Physics, Frydman y sus colaboradores describen un nuevo método para la realización de experimentos sobre el bosón de Higgs.
 
"La alta energía necesaria para excitar un análogo del Higgs en superconductores tiende a separar a las parejas de electrones que sirven como carga básica de este tipo de materiales. Esto hace que la naturaleza superconductora del material quede suprimida", explica el investigador.
 
"Hemos resuelto este problema usando películas superconductoras desordenadas y ultrafinas de nitrito de niobio y de óxido de indio cerca del punto crítico superconductor-aislante (SIT),  un estado en el cual, según las teorías recientes, la rápida desintegración del Higgs no ocurriría” (esta rápida desintegración es lo que ha hecho difícil observar el Higgs desde siempre). “Esto creó las condiciones necesarias para excitar un análogo del Higgs a energías relativamente bajas”.
 
Del LHC a una mesa de laboratorio
 
Según Frydman, la observación del mecanismo del Higgs en superconductores es importante porque revela cómo un solo tipo de proceso físico se comporta bajo condiciones energéticas drásticamente distintas.
 
"Excitar el bosón de Higgs en un acelerador de partículas requiere enormes niveles de energía”. En cambio, “el fenómeno paralelo en superconductores se produce a una escala energética completamente diferente. Sólo una milésima parte de un único electronvoltio. Lo que es interesante es ver cómo, incluso en estos sistemas extremadamente dispares, funciona la misma física fundamental".
 
Por otra parte, la naturaleza robusta del análogo del Higgs observado en superconductores podría facilitar a los científicos el estudio de la aún controvertida "partícula de Dios". Gracias a este nuevo enfoque, pronto podrían resolverse misterios de la física fundamental de larga duración, con experimentos llevados a cabo -no en un complejo acelerador de costes desorbitados- sino en una simple mesa de laboratorio, aseguran los autores del avance.
 
Aunque la confirmación final de la existencia del bosón de Higgs llegó en 2012, los primeros indicios consistentes fueron hallados en 2000, también en el colisionador de partículas del CERN. Desde entonces, la búsqueda ha continuado.

Referencia bibliográfica:

Daniel Sherman, Uwe S. Pracht, Boris Gorshunov, Shachaf Poran, John Jesudasan, Madhavi Chand, Pratap Raychaudhuri, Mason Swanson, Nandini Trivedi, Assa Auerbach, Marc Scheffler, Aviad Frydman, Martin Dressel. The Higgs mode in disordered superconductors close to a quantum phase transition. Nature Physics (2015). DOI: 10.1038/nphys3227.