El modelo estándar: ¿Qué es en realidad?

En los últimos días, se han visto circular noticias sobre una posible “ruptura” en el modelo estándar, sobre incoherencias, irregularidades, además de una partícula, el muon, que es la que ha causado todo esto. Pero, ¿conoces en verdad al Modelo Estándar? ¿Sabes que es un muon? Descubre eso y mas el día de hoy.

Modelo estándar, imagen creada por autor.

Lo más elemental de lo elemental

Desde pequeños, en la escuela y en otras partes, nos enseñan que todo está compuesto de átomos, átomos de distintos elementos. Mas tarde, descubrimos que estos átomos están compuestos en realidad por partículas más pequeñas, que en el núcleo se encuentran unas bolitas con carga eléctrica positiva llamadas protones, otras sin carga llamadas neutrones, y, orbitando alrededor, otras bolitas más pequeñas con carga negativa llamadas electrones.

Pero lo que no nos dicen, es que hay muchas más partículas que componen la materia, no solo esas 3, y que, a su vez, los protones y los neutrones están compuestos de otras partículas, están compuestos de quarks. Más exactamente, 2 quarks up y un quark down para un protón, mientras que para un neutrón necesitas 2 quarks down y solamente 1 quark up. Los electrones si son auténticos, hasta donde sabemos.

Y bueno, el cuento no acaba aquí, ya que hay muchas más partículas en el modelo estándar, quarks, taus, neutrinos, bosones de gauge, etc. Así que es mejor que empecemos a hablar de ellas, pero primero lo primero: ¿Cuáles son los grupos dentro del modelo estándar?

2 Familias, los bosones y los fermiones

Como en todo, en el modelo estándar tenemos divisiones, y como dice en el subtítulo, tenemos a los bosones y a los fermiones.

La diferencia principal entre ambos grupos de partículas es una propiedad muy especial, una propiedad cuántica que no tiene análogo clásico, el spin. El spin, se podría explicar como el giro de una partícula, y es el que distingue los bosones, con spin de ciclos completos, de los fermiones, que tienen spin con ciclos a medias.

Los bosones presentes en el modelo estándar son bosones de gauge, estas partículas son nada más y nada menos que aquellas encargadas de regular las interacciones fundamentales, que serían la electromagnética, nuclear débil y nuclear fuerte. No tenemos muy clara la existencia de una partícula mediadora de la gravedad, así que la dejaremos a un lado. Estos llamados bosones, son el fotón representando a la fuerza electromagnética, al gluon representando a la fuerza nuclear fuerte, y a los bosones W y Z representando a la fuerza nuclear débil.

También se incluye al Bosón de Higgs, que a diferencia de los otros bosones, este tiene un spin de 0, por lo que es determinado como un bosón escalar. No tiene carga eléctrica o de color, y es la interacción con este la que brinda de masa a las partículas, pero no entraremos mucho en detalle sobre esta muy curiosa y maravillosa partícula.

Y en el otro lado, nos encontramos a los fermiones, partículas con spin a medias. Los fermiones son partículas con carga eléctrica y masa, así que ya nos damos una idea de sus interacciones, pero no tan rápido, porque los mismos fermiones se dividen a su vez en otros 2 tipos, los quarks y los leptones, si, les sonaran los leptones por lo que ha sonado en los últimos días, de la dichosa “universalidad leptónica“.

La familia dividida, los leptones y los quarks

A ver, vamos primero con los quarks, que parece que no, pero son mucho más interesantes de lo que cree la mayoría de las personas. Un quark, es una partícula con masa, spin a medias, carga eléctrica. Nada mal dirán ustedes, pero no, ya que desde su carga vemos que la cosa no va muy bien, ah sí, además tienen carga de color.

Vamos a empezar diciendo que si, un quark no tiene una carga eléctrica completa, tiene carga eléctrica a tercios, por ejemplo, el quark up tiene carga de 2/3, mientras que el quark down tiene una carga de -1/3. Además también están cargados de color, no es un color visual, si no que es un color mas matemático, es una forma de explicar porqué un quark nunca está solo.

Los quarks interaccionan mediante la fuerza nuclear fuerte, y siempre que encontremos un hadrón, que es como se llama a un grupo de quarks, tendrá un color “blanco”, ya que cada quark tiene una carga de color distinta y juntos forman el blanco. Y cuales son estos colores, se preguntarán ustedes, pues bueno, los quarks tienen colores rojo, azul y verde, mientras que los anti-quarks, tienen colores magenta, cian y amarillo.

Así que, en un grupo de 3 quarks, encontraremos uno rojo, uno azul y uno verde, mientras que en uno de 2, encontraremos un quark y un anti-quark, con sus respectivos color y anticolor.

Colores y anticolores, podemos ver las combinaciones de colores que podemos tener,

Ahora, mucho protagonismo a los quarks, que son los únicos que interactúan mediante la fuerza fuerte, vamos con los leptones. Los leptones son nada más y nada menos que los neutrinos, partículas con casi nula masa, sin carga eléctrica y casi nula interacción, son los auténticos fantasmas del universo, ya que, en este momento a ti que lees esto, te acaban de atravesar millones de ellos, uy, otra vez, millones de ellos, ahí va otra vez, te volvieron a atravesar, y ni cuenta te diste que millones de neutrinos provenientes del sol te acaban de atravesar.

Y en los leptones, encontramos también al famosísimo electrón, una partícula que se encuentra de forma muy común en los orbitales atómicos y en ocasiones sueltos por ahí, una masa muy pequeña y carga eléctrica negativa. Ahora, también tenemos a sus hermanos, al famosísimo muon y al no tan conocido tau. El muon y el tau son exactamente iguales al electrón en todos los aspectos, excepto en la masa. Un muon tiene unas 200 veces la masa de un electrón, mientras que un tau tiene una muchísimo mayor. Ya que son tan masivos, se desintegran muy rápidamente.

Compáración de tamaño de un electrón, muon y un tau (aproximada).

Si es tan perfecto, ¿cuál es el problema?

Bueno, en los últimos días circulan 2 noticias de posibles fallos en este modelo, que por lo que vemos, es super coherente, sin hablar del lado matemático, que solamente lo hace mas duro y mas poderoso.

Y es por eso mismo, que estos 2 posibles agujeros, el encontrado en el LHC-b y en Fermilab son tan curiosos, interesantes y revolucionarios, porque eso significa que nueva física está por venir, que hay algo que se está cocinando, y que en los próximos años seremos testigos de una de las más grandes revoluciones de la física, comparable a la de la mecánica cuántica.

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