Francis en Trending Ciencia: Las botellas de vino de Peter Higgs

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Mi tercer podcast de la segunda temporada de Trending Ciencia lo puedes escuchar siguiendo este enlace, trata sobre la historia de Peter Higgs y su relación con el campo de Higgs y el bosón de Higgs. Peter Higgs ha impartido muchas veces su charla “My life as a boson” (mi vida como un bosón), en la que cuenta su temprana historia de amor con el bosón de Higgs. Cuando reciba el Premio Nobel de Física de 2013 tendrá que volverla a contar muchas veces. Hoy que estoy en Donostia / San Sebastián, en el evento de divulgación Naukas Quantum, con motivo del centenario del átomo de Bohr, aprovecharé una entrada que ya apareció en mi blog como guión para este podcast, que espero que te guste.

Más información en Peter Higgs, “My Life as a Boson,” Talk presented at Kings College London, Nov. 24th, 2010 [PDF]. Peter Higgs, “My Life as a Boson: The Story of “The Higgs”,” Asia Pacific Physics Newsletter 1: 20-21, Sep. 2012. Professor Peter Higgs “My Life as a Boson,” Lecture, Swansea University, YouTube Video, 12th July 2012. Peter Higgs “My life as a boson,” Talk, VIMEO Video, 2009. Professor Peter Higgs, “My Life as a Boson,” CERN, Video, 2012-05-17.

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El primer contacto de Peter Higgs con el proceso de rotura espontánea de la simetría fue gracias al vino. Cuando al joven doctor en física le dieron en 1960 una plaza de profesor en la Universidad de Edimburgo, le dijeron que tendría que hacer de mayordomo en la cena de gala de la Primera Escuela de Verano sobre Física de las Universidades de Escocia (SUSSP60 por Scottish Universities Summer Schools in Physics). Su misión era comprar el vino y guardarlo a buen recaudo, fuera de las manos de los cuatro estudiantes que harían de camareros, los jóvenes Nicola Cabbibo, Sheldon Glashow, Derek Robinson y Tini Veltman (dos de ellos ya tienen el Premio Nobel). Ellos escondieron parte del vino en el reloj de péndulo de “la cripta” del Newbattle Abbey College y regaron con él sus conversaciones sobre física teórica hasta altas horas de la noche. Higgs sospechó algo al ver que ninguno asistió a la primera charla de la mañana siguiente.

Uno de los temas que se discutió en la SUSSP60, fue el artículo que Yoichiro Nambu publicó en abril de 1960 en Physical Review Letters, en el que aplicaba ideas de la teoría de moda, la teoría BCS de la superconductividad, para explicar la masa de las partículas gracias a una rotura espontánea de la simetría; aplicó sus ideas a una teoría (hoy incorrecta) de la fuerza fuerte y explicó cómo adquirían masa los protones y los neutrones (cuya masa hoy sabemos que tiene otro origen). Jeffrey Goldstone descubrió que la teoría de Nambu predecía la existencia de bosones escalares sin masa y lo publicó en 1961 en Il Nuovo Cimento; en dicho artículo utilizó una función potencial bicuadrática con la forma, como no podía ser de otra manera, del culo de una botella de vino.

Las estrellas tendrían que emitir bosones de Goldstone en lugar de fotones, pero como no lo hacen, o la teoría era incorrecta, o había que buscar una solución. Philip Anderson sugirió aplicar una idea ya utilizada en la teoría de la superconductividad, que no es una teoría relativista. En marzo de 1964, Abraham Klein y Ben Lee especularon en Physical Review Letters cómo podría usarse dicha idea en una teoría relativista. Varios autores discutieron esta propuesta hasta que en junio de 1964, Walter Gilbert afirmó en Physical Review Letters que dicho método no podía funcionar porque violaba la simetría de Lorentz. Ya sabéis el chiste: “Ese hombre no viene como conviene, viene como con vino.”

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Higgs era bibliotecario de su departamento. Todas las semanas tenía que ir a la biblioteca central de la universidad para recoger los nuevos números de las revistas de investigación en física y llevarlos a la hemeroteca del departamento. Los echaba una ojeada rápida, los ponía una etiqueta y los colocaba en la estantería. La revista Physical Review Letters llegaba los jueves y el 16 de julio de 1964 Higgs leyó el artículo de Gilbert. Su primera reacción fue decir “mierda” las ideas de Nambu no funcionan. Sin embargo, pensando durante el fin de semana se dio cuenta de que el argumento de Gilbert era erróneo. Escribió un artículo al respecto, diciendo qué había que hacer, pero sin hacerlo, que envió el viernes 24 de julio a la revista Physics Letters (que lo recibió el 27 de julio de 1964; por cierto, el editor de la revista trabajaba en el CERN). El artículo fue aceptado de inmediato.

El 31 de julio envió un segundo artículo a Physics Letters en el que hacía lo que había dicho que tenía que hacerse, pero fue rechazado por el editor (que afirmó que el artículo no aportaba nada nuevo a lo dicho en el anterior). Higgs quedó muy sorprendido, cómo podían aceptar un artículo que decía lo que había que hacer, sin hacerlo, y rechazar el artículo que lo hacía. En agosto revisó el artículo añadiendo algunos párrafos, entre ellos uno que proponía la existencia de un “mesón” con masa (hoy conocido como “bosón de Higgs”). El artículo revisado fue enviado a Physical Review Letters, que lo recibió el 31 de agosto, donde fue aceptado para publicación.

La versión final del artículo incluyó un cambio de última hora. El revisor en Physical Review Letters (que Higgs más tarde descubrió que fue el propio Nambu) le dijo que el 31 de agosto apareció en dicha revista un artículo de François Englert y Robert Brout que era muy parecido al suyo. Higgs añadió una nota a pie de página citando dicho artículo e indicando que, esencialmente, ellos habían obtenido sus mismas  conclusiones pero de forma independiente. La diferencia entre el trabajo de Englert y Brout, y el de Higgs, es que ellos trabajaron con diagramas de Feynman en los que comprobar la invarianza gauge de la teoría es más engorroso, mientras que él utilizó directamente el lagrangiano clásico de la teoría (como se suele hacer en la actualidad). Englert y Brout no mencionan en su artículo al “mesón” que Higgs mencionó en el suyo (gracias a que se lo rechazaron) y que ahora le lleva directo hacia el Premio Nobel.

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Por cierto, el nombre de Higgs asociado al bosón y al mecanismo de ruptura espontánea de la simetría fue utilizado por primera vez en 1972 en una conferencia internacional en el Fermilab (Batavia, cerca de Chicago). Benjamin W. Lee fue invitado a impartir una charla sobre este tema y como se encontró a Peter Higgs le preguntó por la historia temprana c. 1964 de estas ideas. Higgs le dijo que no podía citar de memoria todos los artículos importantes de 1964, salvo los propios y Lee le dijo que no importaba, que le contara la historia como la recordara. En su charla Ben Lee prácticamente solo mencionó a Higgs, habló de la partícula de Higgs, del mecanismo de Higgs, etc. Hay muchas ocasiones en las que un discurso o una charla acaban en el subconsciente colectivo y esta fue una de estas ocasiones. Hasta entonces nadie le había puesto un nombre a la partícula o al mecanismo, los artículos de Weinberg, Salam, o incluso de Veltman y ‘t Hooft, citan los artículos de Higgs y de los demás pero no le ponen nombre. Ben Lee fue el “responsable” de que, para mucha gente, el mecanismo de Englert-Brout-Higgs-Guralnik-Hagen-Kibble se llame mecanismo de Higgs en lugar de mecanismo EBHGHK o un nombre similar (como mecanismo EBH).

Por cierto, Robert Brout falleció con 82 años en 2011, por ello no recibirá el Premio Nobel junto a François Englert, que tiene 80 años (pronto cumplirá 81), y Peter Higgs, que tiene 84 años.

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4 pensamientos en “Francis en Trending Ciencia: Las botellas de vino de Peter Higgs

    • Eche, Philip W. Anderson ya tiene un Premio Nobel de Física (1977) y la idea que propuso estaba en el aire; lo que pasa es que por su fama fue muy criticada entre los físicos relativistas, siendo el mayor crítico Walter Gilbert (que recibió el Premio Nobel de Química en 1980), que “demostró” que su idea era falsa, pero cometiendo un error que impulsó el trabajo de Higgs y de los demás teóricos; si no hubiera errado, lo mismo hablaríamos de partícula de Gilbert, pero es muy difícil que se hablara de partícula de Anderson.

      • Lo decía por la ruptura de simetría, que es en el fondo el concepto central que Anderson propuso, Gracias por el dato

      • Eche, la rotura de simetría tiene su origen en los 1930 en sistemas no relativistas y desde entonces han trabajado en ella muchos físicos. La propuesta de Anderson en 1962 era aplicar lo hecho entre 1959-1961 por otros físicos en un contexto no relativista a la física relativista de partículas y fue el germen del trabajo de Brout y Englert, así como el de muchos otros. Pero Anderson, que tenía las ideas físicas correctas en mente, no tenía la habilidad matemática para expresarlas en detalle (Brout y Englert necesitaron casi dos años).

        Pero, por supuesto, no deduzcas de mis palabras que no me hubiera gustado que Higgs y Englert tuvieran compañía en el premio. Desde Goldstone a Kibble, pasando por Anderson, hay muchos que merecen el Nobel tanto como ellos. Pero en este caso estaba “cantado” que no lo recibirían.

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