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JOSÉ SAHID PÉREZ ROSAS
ÁNGEL YARIB MENDOZA ROQUE
EL MODELO ESTANDAR DE PARTÍCULAS
Planteamiento del problema: ¿El modelo estándar de partículas seguirá teniendo validez dentro de 100 años?
Objetivo general: Mostrar las características, clasificación y repercusiones del modelo estándar de partículas en la física moderna.
Objetivos específicos:
- Analizar las repercusiones que genera el modelo estándar de partículas sobre la física moderna.
- Detallar la composición del modelo estándar de partículas.
- Describir las características de las partículas, así como su respectiva clasificación.
- Explicar el desarrollo y origen del modelo estándar de partículas.
- Reseñar los conocimientos actuales acerca de las partículas elementales.
Hipótesis de investigación: Debido a que el modelo estándar de partículas produce más problemas que de los que resuelve dejará de tener validez científica y será reemplazado por un nuevo modelo.
Hipótesis nula: El modelo estándar de partículas no puede identificar los fenómenos relacionados con las partículas, fallando catastróficamente al explicar su comportamiento por lo que no podrá tener validez en el futuro
Hipótesis alternativa: El modelo estándar de partículas falla debido a que los instrumentos ocupados durante los experimentos de comprobación son ineficaces, poco precisos y fiables.
Justificación:
A finales del siglo XIX y comienzos del XX los físicos estaban consternados por los descubrimientos recientes sobre el átomo y sus constituyentes. Esto trajo nuevas dudas al campo de la física que fueron resueltas por científicos como Einstein o Planck. Al resolver estos problemas trajeron una nueva ola de problemas nuevos, mismos que para ser resueltos necesitaron de la cuántica, la cual se define como la descripción y explicación del comportamiento de las partículas más fundamentales.
Es así como durante el siglo XX y XXI se ha ido perfeccionando el modelo estándar de partículas, mismo que es la base de la física cuántica y a su vez es un compendio de las teorías cuánticas más importantes. Pero este modelo es imperfecto ya que tiene sesgos importantes con respecto a cuestiones como el “gravitón”, la materia oscura y la energía oscura por tanto no pude explicar la existencia de las últimas dos y no puede determinar la existencia de la primera. Aunque el futuro es incierto para este modelo ya que si bien puede complementarse con nuevos descubrimientos o quedarse desfasado por estos.
Por lo tanto, la presente investigación busca esclarecer las repercusiones futuras que trae consigo el modelo estándar de partículas en la física moderna. En específico, la validez que este modelo conservara durante las siguientes décadas, ya que se trata de un tema de gran importancia para la física y en general para la ciencia esta investigación aporta un panorama objetivo y muy poco esotérico, que aclara el conocimiento existente sobre las partículas y su comportamiento, generando predicciones acerca de la utilidad futura de este conocimiento.
experimentos con los haces de partículas negativas llego a la conclusión de que estas eran partículas ligeras con carga eléctrica negativa llamándolos electrones.
El muon es una partícula subatómica elemental 207 veces más pesada que el electrón y que posee además 2 formas (una carga negativa y otro con carga positiva). Este fue descubierto por Anderson y Neddermeyer (1936) y ellos lo definieron como un componente de las “duchas” de partículas de rayos cósmicos. Él físico japonés Hideki (1935) propuso una partícula que explicaba la fuerza que unía los protones y electrones de los núcleos atómicos y a principio se pensaba que el muon era dicha partícula, pero después se descubrió que un muon es más bien un miembro del grupo leptón de partículas subatómicas. Wolfgang Pauli (1930) postulo la idea del neutrino y se describe como una pequeña masa de energía, pero no fue aprobada esta idea hasta que Reines y Cowan (1956) comprobaran su existencia, Al final todos estos descubrimientos dan pauta a la creación del modelo estándar de partículas dando los conocimientos base para que este se desarrolle correctamente.
Con el desarrollo de los aceleradores de partículas se lograron descubrir y estudiar nuevas partículas, es así como García (2013) menciona que la década de los 50’s está marcada por un gran número de descubrimientos de partículas, por lo tanto, en los años siguientes aparecen teorías que explican el nuevo “zoo de partículas” Piegaia (2015) como la de Murray y Cols (1964) que proponen por primera vez la idea de los quarks a los que llaman up, Down y strange. Todo esto reafirma la primera parte del modelo estándar de partículas ya que identifica los componentes más elementales de la materia.
Al haber constituido las bases de los componentes fundamentales de la materia los físicos se vieron en la necesidad de explicar las interacciones que esta tiene, por lo tanto, Glashow, Salam y Weinberg (1967) crean la teoría electro-débil, la cual unifica electromagnetismo e interacciones débiles con el requisito de un bosón Z Illana (2014), de esta manera Higgs (1964) predice la existencia del Bosón que lleva su mismo nombre, el cual justifica la masa de los bosones vectoriales W y Z. Culminando en un modelo que ahora explica los efectos foto-eléctricos, las fuerzas que unen a la materia y que a su vez le dotan de masa.
Aunque si bien parecían estar resueltos en su mayoría los problemas con el modelo estándar logrado aún quedaban algunas incongruencias como que había partículas más pesadas y sin estructuras que los propios quarks Up, Down y Strange, por esto es por lo que Maiani y Cols (1970) crean el mecanismo de GIM el cual predice un cuarto quark
llamado “Charm”, es así como Richter y Cols (1974) se dan a la tarea de buscar este quark encontrándolo formando un mesón quark-antiquark. Serra (2015) afirma que más tarde en 1989 el acelerador LEP del CERN prueba la existencia de tres, y solo tres, generaciones de partículas por lo que los físicos se dan a la tarea de buscar a las otras partículas perdidas, mismas que son encontradas para el año de 1995 con el quark Top. Y así se termina una nueva etapa de perfeccionamiento del modelo estándar de partículas en la que se mejoró el entendimiento de las partículas que forman cada una de las estructuras de la materia, así como las singularidades que estas presentan.
Las Partículas del modelo estándar se dividen principalmente en 2 grupos los cuales son los bosones y los fermiones. Los fermiones son los encargados de formar la materia de la que está hecho el universo a su vez se dividen en quarks, anti quarks, leptones y anti leptones mientras que los bosones se encargan de las interacciones fundamentales entre las partículas.
Dentro de los fermiones hay 3 tipos de quarks los cuales son:
- Quark Up: Cuya carga eléctrica es 2/3 la de un electrón.
- Quark Down: Junto con el quark up son los más comunes de este grupo, su carga es de menos un tercio de electrón.
- Quark Charm: Descubierto en 1974 y es quien junto con los leptones forman la materia ordinaria. Su principal característica es que su tamaño es cientos de veces más grande que el de los quarks Up y Down.
Igualmente, dentro de estos existen los antiquarks. Estos son:
- Quark Top: Observado por primera vez en 1995, es la partícula subatómica más pesada jamás observada, con una masa similar a un átomo entero de oro. Los quarks top también se encuentran entre las partículas menos longevas, con una vida de alrededor de una billonésima de billonésima de segundo.
- Quark Bottom: Descubierto en 1977, es 9 veces más pesado que el protón y su carga eléctrica es de -1/3.
Dentro de los fermiones se encuentran 3 tipos de leptones.
- El bosón Z: Es una partícula elemental neutra que, en conjunto del boson W, porta la fuerza débil. Fue descubierto en 1983 por físicos en el Súper Protón Synchrotron en el CERN, el bosón Z es una partícula elemental neutral. Su masa es de 91.2 GeV/c2.
- El Gluon: Es la partícula de intercambio para la fuerza fuerte o de color entre los quarks, análoga al intercambio de fotones en la fuerza electromagnética entre dos partículas cargadas. Se puede considerar que el gluón es la partícula de intercambio fundamental que subyace a la interacción fuerte entre protones y neutrones en un núcleo.
- (^) “El gravitón: Es una partícula hipotética que se cree que es responsable de transferir la fuerza de la gravedad. Al igual que un fotón, es una partícula sin masa, sin embargo, es una partícula de spin 2 en lugar de una partícula de spin 1.”
- Bosón de Higgs: También conocido como “la partícula de dios fue descubierto en 2012. Los científicos creen que el bosón de Higgs es la partícula que da a toda la materia su masa. El bosón de Higgs ha existido desde los primeros momentos de nuestro universo. Su campo sin dirección impregna todo el espacio y atrae a las partículas transitorias para que disminuyan y crezcan con la masa. - Sin el campo de Higgs, no podría haber estructuras estables; el universo sería frío, oscuro y sin vida. - Si un bosón de Higgs se transforma en una partícula visible emparejada con una partícula de materia oscura, las pistas solitarias de las partículas visibles tendrán una trayectoria extraña e inexplicable, una indicación de que, tal vez, está escapando una partícula de materia oscura. - (^) El bosón de Higgs es la herramienta más nueva que los científicos tienen para explorar el terreno inexplorado dentro y más allá del Modelo Estándar. Lo que se sabe de esta partícula nos abre nuevas puertas a saber más sobre el modelo estándar de partículas.
Referencias:
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