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Cumplir con las partículas: el modelo estándar de la física

Cumplir con las partículas: el modelo estándar de la física

El descubrimiento de un bosón de Higgs no sólo se verá como el momento cumbre de la modelo estándar de física de la partícula sino también la apertura de un nuevo capítulo emocionante en ciencia fundamental

— Profesor Jim Virdee, Imperial College de Londres

La búsqueda para comprender las propiedades fundamentales e interacciones de la materia en el universo ha continuado a lo largo de la historia de la humanidad. Desde los antiguos pensadores que preguntó primero si existen bloques de construcción fundamentales, indivisibles de la materia en absoluto a los físicos de partículas modernas que aspiran a resolver misterios subatómicas rompiendo los protones juntos en aceleradores de la partícula dominante, todas ideas de la humanidad sobre física han llevado al modelo estándar. Todo lo que sabemos sobre la naturaleza fundamental del universo se puede resumir con eficacia con nada más que una colección de partículas denominado excéntrico. Bueno, casi todo...

Partículas de materia

Las partículas del modelo estándar vienen en dos tipos básicos: bosones y fermiones. Fermiones componen la experimentamos sobre una base del día a día – las "cosas" que podemos ver e interactuar con la materia. No puede ser en el mismo lugar al mismo tiempo – al igual que un humano no puede ocupar el lugar exacto de la mismo como una pared. Hay doce fermiones, que se dividen en dos grupos: los quarks y leptones. Usted no puede nunca han oído hablar de un quark, pero realmente está hecho de ellos. Los protones y neutrones en los núcleos de los átomos son realmente estructuras de quarks y electrones son las partículas de poster para el grupo de lepton.

¿Partículas coloridas?

Si usted no había notado de los nombres cómicos como "quark del encanto", los físicos tienden a tener un poco de diversión con el nombramiento de las partículas y sus clases. Otro término para cada uno de los diferentes tipos de fermios, por ejemplo, es «sabores.» Esto no significa que saben de cualquier cosa – por supuesto – es simplemente una manera útil de describir las diferencias. Asimismo, se dicen que vienen en tres diferentes "colores" rojos, azules y verdes, los quarks y gluones se describen como colchas de patchwork de hasta seis colores.

Usted no puede ver el color de un quark – ya que es demasiado pequeño incluso poseer esa cualidad, pero puede ser utilizado para explicar su comportamiento. Quarks siempre unen en cuanto a forma una estructura incolora, apenas como rojo, verde y luz azul blanco (incoloro) a los seres humanos cuando combinado y vistos como uno. Los gluones son multicolores que son responsables para la celebración de todos los quarks coloreados juntos. El estudio de estas interacciones se conoce colectivamente como Cromodinámica Cuántica.

Quark es una palabra inusual en particular, y los nombres sólo más extraño de ahí. Hay tres "generaciones" de los quarks, que consiguen progresivamente más pesados y más raro. La primera generación incluye el "arriba" y "abajo" los quarks y combinaciones diversas de estos forma protones y neutrones. Por ejemplo, un protón está hecho de dos quarks up y un quark abajo. Las restantes dos generaciones se hacen de los quarks más gordos, escurridizos: el extraño, encanto, arriba y abajo quarks. Estos no pueden formar estructuras muy largo en todo: el quark strange es parte de la partícula lambda, por ejemplo, que existe para menos de una milmillonésima de segundo.

La diferencia entre los leptones y los quarks es básicamente que quarks como se amontonan juntos, mientras que los leptones son independientes. El electrón es la más conocida, y es una parte de la primera generación de leptones. Como se puede esperar de los quarks, las generaciones posteriores, el muon y las partículas tau, son esencialmente lo mismo pero más pesado. Los otros tres leptones son neutrinos – el neutrino del electrón, neutrino del muón y neutrino tau – casi imperceptiblemente baja masa y sin carga eléctrica.

Partículas de fuerza

Fermiones en la cuenta de modelo estándar para la materia que vemos a nuestro alrededor, pero algo más se necesita para explicar efectos como el electromagnetismo, la fuerza nuclear fuerte que mantiene Unidos los protones en el núcleo de los átomos y radiactivo se decae. La materia en sí misma no explica que todo, así que "bosones" o partículas portadoras de fuerza, habilitar los efectos de explicarse. Las partículas restantes fuerzas de la naturaleza, y sólo uno es remotamente familiarizado en la vida día a día.

El fotón es la partícula de fuerza sólo que podemos experimentar como seres humanos. Es el portador de la fuerza de electromagnetismo, pero vemos como luz. Esta fuerza es responsable (quarks up tienen carga positiva 2/3 y electrones tienen una carga menos 1, por ejemplo), por lo que las interacciones entre protones y electrones, por ejemplo, son realmente el resultado del intercambio de fotones. Gluons llevan la fuerza nuclear fuerte, que literalmente "colas" protones juntos más fuertes que el electromagnetismo puede causar a rechazar – permitiendo la creación de átomos. Los bosones W y Z controlan la fuerza nuclear débil, que explica cómo pueden decaer neutrones en protones.

El bosón de Higgs es el bosón más famoso, tras el anuncio de su descubrimiento en el Gran Colisionador de Hadrones. El mecanismo de "Higgs" da parte de la masa de partículas fundamentales, pero deja a otros – como el fotón y el gluón-sin masa. Anteriormente era un gran problema para la física de partículas, porque hasta entonces no había ninguna explicación para los fermios y algunos bosones con masa. Dr. Matthias Neubert – profesor de física de partículas en la Universidad de Johannes Gutenberg – explica que "el descubrimiento de los bosones de Higgs representa un hito en la exploración de las interacciones fundamentales de partículas elementales".

¿Qué le falta?

Cumplir con las partículas: el modelo estándar de la física


A pesar del éxito del modelo estándar, los Higgs boson no hace nada que añadir otra pieza a una teoría aún incompleta. Para uno, no hay ninguna explicación de la gravedad en una escala subatómica, con omnipresencia (pero nunca detectado) graviton sostiene siquiera un lugar en el modelo. Puesto que los efectos de la comparativamente débil fuerza de la gravedad son despreciables a escala cuántica, esto es generalmente ignorado, pero que es tan importante en escalas más grandes que muchos físicos creen que una "gran teoría unificadora" es necesaria para describir con precisión la naturaleza.

Hay también problemas adicionales para el modelo estándar, como físico, explica el Dr. Volker Büscher, «El modelo estándar no tiene ninguna explicación para la supuesta materia oscura, por lo que no describe el universo entero, hay mucho que queda por entenderse». Este problema con el modelo estándar ha llevado a otras ideas, es el más bien conocido de que la teoría de cuerdas – que postula que la materia es formada por minúsculos bucles de energía vibrando en 11 dimensiones.