Bosón de Higgs y cuasipartículas

Una cuasipartícula es una excitación no local colectiva elemental de un medio cuántico (como un cristal); ejemplos son los fonones (que describen las ondas de sonido) o los pares de Cooper (que describen la superconductividad). Por el contrario, una partícula es (en el contexto de la física de altas energías) la excitación elemental de un campo cuántico local; ejemplos son el electrón o el fotón.

En el modelo estándar, el Higgs se modela como un campo local, por lo tanto, es una partícula, pero existen escenarios alternativos, donde el Higgs no está integrado en la teoría como un campo, sino que surge como una excitación colectiva y, por lo tanto, es una cuasipartícula. Para distinguir entre estos escenarios se requiere información experimental que aún no existe.

Una cuasipartícula es una entidad similar a una partícula con estructura interna y tamaño definidos. Las reglas de cuantización hacen que tales estructuras sean más "reales" y más fuertemente conservadas de lo que serían construcciones clásicas similares.

En semiconductores, la entidad conocida como agujero es un buen ejemplo de cuasipartícula. Se comporta como una partícula con carga positiva, aunque en realidad es solo la ausencia de un electrón. Los agujeros inevitablemente involucraron muchas partículas para existir, incluidos los átomos de la red de semiconductores y sus electrones.

Una característica notable de una cuasipartícula es que, dado que está construida a partir de partículas más fundamentales, siempre tienen tamaños definidos y distintos de cero en el espacio. Nunca se pueden modelar como puntos verdaderos, como por ejemplo un electrón.

El bosón de Higgs, por el contrario, se propone como una partícula fundamental que no requiere ninguna otra partícula para existir. Por lo tanto, definitivamente no es una cuasipartícula, sino una partícula fundamental en el mismo sentido de "estructura interna no visible" de un fotón o electrón.

La razón por la que todo esto puede volverse un poco confuso es que, debido a que las cuasipartículas reflejan leyes fundamentales de cuantización y conservación, en muchos casos están sujetas a muchos de los mismos mecanismos que se observan para partículas más fundamentales. Es por eso que se invocan los bosones de Nambu-Goldstone tanto en la física fundamental como en la física del estado sólido. Es un reflejo de la generalidad del mecanismo de Nambu-Goldstone, más que una afirmación sobre la presencia o ausencia de una estructura de nivel inferior en las partículas involucradas.

La creación de pares es otro ejemplo de una regla que se aplica tanto a las partículas fundamentales como a las cuasipartículas.

La creación de pares es el mecanismo por el cual un rayo gamma suficientemente energético se puede convertir en un electrón y un positrón en el espacio libre. Ese proceso existe completamente dentro de la física fundamental, ya que el fotón gamma, el electrón y el positrón no muestran evidencia de una estructura más profunda en los niveles de energía disponibles.

Sin embargo, también se produce un proceso de creación de pares curiosamente paralelo a niveles de energía mucho más bajos cuando un fotón golpea el tipo adecuado de red de semiconductores. Ese fotón de menor energía también crea un par de cuasipartículas cargadas y crea. Uno es un electrón de conducción, que dentro de un semiconductor involucra la red atómica local a través de la cual se mueve. Por lo tanto, se modela mejor como una cuasipartícula que tiene tanto estructura como tamaño, que incluye un electrón para darle carga. La otra cuasipartícula es un agujero, que de manera similar involucra a la red y no tiene ninguna partícula fundamental detrás de su versión de carga positiva.

De manera similar, el mecanismo de Nambu-Goldstone puede aplicarse tanto a conjuntos de partículas fundamentales como a conjuntos de partículas de cuasipartículas (o mixtas).