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Artículos de Divulgación

El modelo estándar, la tabla periódica de los físicos

Allá por el año 450 a. C., Demócrito propuso que toda la materia que forma la tierra y lo conocido estaba compuesto de pequeñas partículas indivisibles y usó la palabra “átomo” (indivisible en) para designar a estas supuestas partículas.

Pero llamar a algo indivisible es casi tan peligroso como llamar a un barco insumergible (recordemos lo que le pasó al Titanic). Es retar a la naturaleza a que nos demuestre que nos equivocamos. Así cientos de años después se demostró que tales átomos no eran indivisibles, sino que estaban formados por un núcleo central en el que residían dos tipos de partículas: protones y neutrones, y una “capa” externa de un tercer tipo de partículas, llamadas electrones.

Pero esto no pararía ahí, las teorías y descubrimientos de miles de físicos en el último siglo han dado lugar a un entendimiento notable en la estructura fundamental de la materia, descubriendo los ladrillos básicos de nuestro universo: las partículas elementales, cuyo “pegamento” está hecho de 4 fuerzas fundamentales: electromagnética, nuclear débil, nuclear fuerte y gravitacional. Todo esto encapsulado en lo que llamamos “Modelo estándar (ME)” .

Así, el ME es como la “tabla periódica” de los físicos, ya que incorpora y clasifica todas las partículas (descubiertas hasta entonces) que componen nuestro universo.

La “tabla periódica”:

Primero se diferencian las partículas que forman la materia: Fermiones, de las que transmiten las fuerzas: Bosones.

Descomponiendo a los fermiones en tres familias, cada una de ellas consta de un electrón, un neutrino y dos quarks. Además de estas 12 partículas, existen las correspondientes 12 antipartículas (a cada una de las partículas de la naturaleza le corresponde una antipartícula que posee la misma masa, el mismo espín, pero distinta carga eléctrica.): positrón (electrón de carga positiva), antineutrino y antiquarks en cada una de las tres familias.

Realmente, toda la materia que conocemos está formada por partículas de la primera familia; las partículas de las otras dos familias sólo son visibles en situaciones especiales como, por ejemplo, en los aceleradores de partículas.

Y ¡Ojo! Los protones y neutrones ya no son partículas elementales. Cada uno está compuesto por tres quarks.

Proton, compuesto por dos quarks up y un quark down. Electrón, compuesto por dos quarks down y un quark up

El ME, además, logra unificar tres fuerzas fundamentales en la naturaleza: la fuerza electrodébil que se transmite por medio del fotón (bosón de la fuerza electromagnética) y los bosones W+, W- y Z (de la fuerza nuclear débil); la fuerza nuclear fuerte, que se transmite por medio de partículas llamadas gluones. Mientras que la fuerza gravitatoria es desterrada de este modelo, si llegara a “encajar”, se transmitiría por una supuesta partícula que no estamos seguros de que exista: el gravitón.

Pero esta “tabla periódica” aún tiene problemas por resolver, por ejemplo, está la pregunta de ¿por qué las partículas tienen masa? Para evitar ese problema se ideó un mecanismo dentro del ME: el campo de Higgs. Este campo, teóricamente, sería transmitido por el “bosón de Higgs” y el paso de las partículas que interactúan con él, ya que este hace que se genere una inercia que es la que percibimos como masa. Por ello en el CERN hay un acelerador de partículas tratando de encontrarlo, el LHC (Large Hadron Collider):

Pero… ¿y si no lo encuentran? ¿Qué perspectivas se tienen en la física para lograr una mejor comprensión de las partículas elementales? ¿qué hay más allá del modelo estándar? ¿unificar las 4 fuerzas de la naturaleza? Tal vez ¿supercuerdas? O ¿ supersimetrías? Pronto les platicaremos de qué va todo esto.

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