En física, cuando hablamos de términos como Masa o Materia, los tecnicismos y conocimientos como la magnitud, la inercia, aceleración, masa inercial y masa gravitacional son conceptos fundamentales que ahora podemos conocer gracias a la ciencia. En la antiguedad, el desconocimiento de los términos y de la física actual no significa que no conocieran otro tipo de ciencia de lo manifiesto y perceptible. Errados o no por desconocer la ciencia y las matematicas actuales, existia un lenguaje más humano y no menos veraz. Hablaban de la Materia también, de los orígenes y las causas de este mundo manifiesto.
La masa es una magnitud que expresa la cantidad de materia de un cuerpo, y es el mecanismo de Higgs, el proceso que da masa a las partículas elementales.
Las partículas ganan masa interactuando con el campo de Higgs que permea todo el espacio. Esta teoría sugiere que un supuesto campo impregna todo el espacio, y que las partículas elementales que interactúan con él adquieren masa, mientras que las que no interactúan con el campo de Higgs, no la adquieren. El concepto fundamental es que el universo existe en este campo cuántico de Higgs y que, aunque es inperceptible, lo impregna o permea todo por doquier. Por consiguiente, todas las partículas que existen, podrán interaccionar con él y dependiendo de que interaccionen más o menos, así tendrán más o menos masa.
En esta teoría cuántica de campos las entidades fundamentales no son las partículas sino los campos, como el campo electromagnético. La "maquinaria" del mecanismo de Higgs,está basado en la suposición de la existencia de un campo escalar, que por acoplamiento, una partícula sin masa adquiere energía potencial y, por la relación masa-energía, adquiere masa. Cuanto más fuerte el acoplamiento, más masiva la partícula.
Para comprender esta interacción campo-particulas de manera más sencilla visualicemos un burdo ejemplo. Un imán, tiene la capacidad de atraer el hierro pero no dispone de la capacidad de atraer un trozo de madera; puesto que la fuerza magnética actúa sobre los elementos que tienen electrones libres. Esta analogía podemos usarla para entender por qué el Fotón no interactua con el campo de Higgs, dado que actúa sobre las partículas que tienen fuerzas nucleares en su interior (masa), si no las tiene se comporta como el trozo de madera sobre el imán, es decir no interactua con el campo de Higgs por su propia naturaleza al no disponer de masa a la cual acoplarse.
El Fotón es una particula elemental que no interactua en absoluto con el campo de Higgs, sin masa alguna, sin carga eléctrica, sin desintegración posible en el vacio, portadora de todas las formas de radiación electromagnética, incluyendo los rayos gamma, los rayos X, la luz ultravioleta, la luz visible, la luz infrarroja, las microondas y las ondas de radio... una partícula anómala viajando a la velocidad de la luz , una partícula que solo depende de la frecuencia y la dirección; dando resultado a que las leyes físicas tengan cierta simetría en todos los puntos del espacio-tiempo.
Los Fotones se emiten en muchos procesos naturales, por ejemplo, cuando se acelera una partícula con carga eléctrica, o cuando se aniquila una partícula con su antipartícula. Si una partícula y su antipartícula se encuentran en los estados cuánticos apropiados, entonces pueden aniquilarse la una a la otra y producir energía u otras partículas. El Fotón se comporta como una partícula cuando interactúa con la materia para transferir una cantidad fija de energía, por ejemplo, cuando actúa como luz, la energía portada por un Fotón es de alrededor de 4×10–19 julios; esta energía es suficiente para excitar las células oculares fotosensibles y dar lugar a la visión.
La existencia del campo de Higgs sería por tanto el más simple de varios métodos del modelo estándar de física de partículas que intentan explicar la razón de la existencia de masa en las partículas elementales. Este mecanismo de Higgs dota con masa a la materia, particulas contenedoras de todo lo existente en el universo, derivados de la ruptura espontánea de simetría. El concepto de ruptura espontánea de simetría es uno de los ingredientes fundamentales en términos de adquisición de masa de las partículas fundamentales. Como resultado del proceso, aparece un nuevo campo escalar neutro físico: la partícula de Higgs, la más pequeña excitación posible, lo más sutil e indivisible como partícula de la materia. No obstante,
La partícula de Higgs no posee espín, carga eléctrica o color, es muy inestable y se desintegra rápidamente: su vida media es del orden del zeptosegundo (10-22 segundos, una parte en diez mil trillones de un segundos) La partícula de Higgs es además su propia antipartícula. Sin embargo, el hecho experimental de que las interacciones débiles actúan sólo a distancias extremadamente pequeñas, era un indicador claro de que los bosones transmisores de la fuerza débil debían poseer masa, como fue demostrado posteriormente con el ayazgo de la partícula de Higgs.
Técnicamente, la ruptura espontánea de la simetría ocurre cuando un sistema definido por una lagrangiana simétrica, respecto a un grupo de simetría, cae en un estado vacío que no es simétrico. Esto quiere decir que un sistema a partir del cual se puede obtener la evolución temporal, las leyes de conservación y otras propiedades importantes de un sistema dinámico, cae en un estado vacío que no es simétrico; se produce la ruptura de simetria en el operador más fundamental que describe un sistema físico. Cuando eso sucede, el sistema no se comporta más de forma simétrica. La ruptura de la simetría conlleva la aparición de nuevas partículas y la aparición de términos de masas de partículas ya existentes en el lagrangiano.
Un ejemplo común para explicar este fenómeno es el de un balón situado en reposo en la cima de una colina lo cual significa que el balón está en un estado de simetría, sin embargo, este estado es inestable ya que a la menor perturbación el balón rodaría abajo de la colina en una dirección particular alrededor de la cima.
Otro ejemplo habitual en física es el de un lápiz que se mantiene en equilibrio sobre su punta. Es simétrico en el sentido de que mientras mantiene el equilibrio sobre la punta cualquier dirección es tan buena como cualquier otra; sin embargo, es inestable. Cuando el lápiz cae, algo que debe ocurrir inevitablemente, caerá al azar, en una u otra dirección, rompiendo la simetría, aunque la simetría sigue ahí, en leyes subyacentes.
Las leyes sólo describen el espacio de lo que puede ocurrir; el mundo real gobernado por esas leyes supone la elección de una realización entre muchas posibilidades. Intercambiamos la inestable libertad de las posibilidades por la estable experiencia de la realidad.
Este mecanismo de ruptura espontánea de la simetría puede ocurrirles a las simetrías entre las partículas de la naturaleza. Cuando les sucede a las simetrías que, según el principio gauge, hacen aparecer a las fuerzas de la naturaleza, conduce a diferencias en sus propiedades. Las fuerzas se vuelven diferenciadas, pueden tener diferentes alcances e intensidades.
Antes de que se rompa la simetría, las cuatro interacciones fundamentales tienen un alcance infinito, igual que el electromagnetismo, pero tras la ruptura, el alcance de alguna de ellas es finito, como las dos interacciones nucleares (fuerte y débil).
La utilización de la ruptura espontánea de la simetría de una teoría fundamental tendría unas repercusiones muy profundas, no sólo para las leyes de la naturaleza, sino también en la más amplia cuestión acerca de en qué consiste una ley de la naturaleza. Antes se creía que las leyes eternas de la naturaleza determinaban de forma directa las propiedades de las partículas elementales, ahora bien, en una teoría con ruptura espontánea de la simetría aparece un nuevo elemento: las propiedades de las partículas elementales dependen en parte de la historia y del entorno.
La simetría puede romperse de diferentes maneras, dependiendo de condiciones como la densidad y la temperatura. Expresándolo de manera más general, las propiedades de las partículas elementales no dependen sólo de las ecuaciones de la teoría, sino también de cuál de las soluciones a estas ecuaciones es aplicable a nuestro universo. La materia primordial es imperceptible porque es extremadamente sutil, no porque no exista. Puede inferirse a partir de sus efectos, que son el intelecto y el resto de sus categorias, la naturaleza de los cuales es en parte similar y en parte diferente a ella.
