Partículas fundamentales del Modelo estándar

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No me andaré con rodeos; he estado a punto de abandonar este blog. Dejando de lado las razones, al final resulta que Mola Saber me aporta una satisfacción que no quiero dejar atrás a pesar de mis inquietudes. Y cómo estoy de vuelta de mis «vacaciones» he querido empezar por algo digamos… fundamental.

Antes de seguir quería hacer una mención especial de Enrique Fernández Borja, autor de Cuentos Cuánticos y sin cuya labor divulgativa no me habría atrevido a tontear con la física. Además ha tenido la amabilidad de echar un vistazo a la ilustración antes de su publicación, algo que también le agradezco.

Pero bueno, vamos a empezar.

El título de esta entrada es claro; la cosa va de partículas (las antipartículas las dejamos para otro día). Huelga decir que el esquema ilustrado de arriba necesita de una breve explicación, sobre todo para alguien que no está familiarizado con el tema. Así que vamos a repasar algunos conceptos básicos.

Ya en el colegio nos enseñan que la materia está compuesta por átomos, y estos a su vez constan de un núcleo formado por protones, de carga positiva, y neutrones, sin carga.  Y alrededor de este núcleo encontramos que hay electrones, de carga negativa, vinculados al núcleo gracias a la interacción electromagnética.

Pero ¿de que están hechos los neutrones y los protones? Pues en principio de componentes mucho más pequeños llamados quarks. Más concretamente de quarks Up y quarks Down.

Vale, pero en este esquema hay muchas más partículas. ¿Para qué sirven? ¿Están de adorno?

Lo primero que hay que entender, aunque he dibujado bolitas, es que las partículas están lejos de parecerse a algo esférico. Pero claro,  a escalas tan pequeñas y teniendo en cuenta que hablamos de objetos infinitesimales, lo único que podemos hacer para tratar con términos comprensibles es representar estas nociones cuánticas con formas reconocibles. Lo de ponerles caras, como viene siendo costumbre, es cosa mía.

Lo segundo que hay que saber es que este conjunto de dibujos representa los constituyentes del modelo estándar, que es una teoría confirmada experimentalmente durante el último siglo. Es la mejor que tenemos y es tan buena, que las predicciones que se han hecho con dicho modelo nunca han fallado, si acaso han tenido que ajustarse un poco a la realidad.

¿Qué más debemos considerar? Que estas partículas se clasifican en función de sus propiedades, y estas son:

Masa (inercial): No es la masa tal y cómo la entendemos de forma tradicional. En este caso representa lo difícil que es acelerar una partícula (mientras más masa, más difícil es). Si la masa es cero, la partícula podrá ir a la velocidad de la luz.

Espín: Es una propiedad intrínseca que nos informa si una partícula puede, o no, tener el mismo estado cuántico que otra. Si la partícula tiene espín fraccionario, no adquirirá el mismo estado que otra.  Son los llamados Fermiones. Si en cambio, el espín es un número entero, las partículas con esta característica si pueden hacerlo. A esas las conocemos como Bosones.

Carga: Son las interacciones que pueden sentir las partículas. Por un lado, tenemos la carga electromagnética, que puede ser positiva o negativa (representado en auras azules y amarillas).

Pero hay otro tipo de carga menos conocida, la carga de color (en este caso representado por esa mezcolanza de colores rojo, azul y verde), que está relacionada con la interacción fuerte. Esta interacción es la que mantiene pegados los quarks entre sí a pesar de que sus cargas eléctricas se repelan. A distancias pequeñas la interacción fuerte es, como su nombre indica, muy fuerte.

De la carga de color hablaré más detalladamente en otra entrada, hoy basta con saber que los fermiones con carga de color son los llamados quarks y los que no la tienen son los leptones. Eso quiere decir que, por ejemplo, el electrón (que es un leptón) no experimenta la interacción fuerte.

Y por último hablaré otra vez de los bosones, que además de tener su espín entero, portan las fuerzas fundamentales o dotan a otras partículas de sus propiedades. Así el fotón está relacionado con la interacción electromagnética. El gluón con la interacción fuerte. Los bosones Z y W se asocian a la interacción débil. El gravitón, aunque teórico, sería el culpable de la interacción gravitatoria. Y el bosón de Higgs es el que dota al resto de partículas de masa.

Entonces, ¿de qué está hecha la materia visible? Pues sobre todo de los fermiones más «pequeños», los de primera generación. El resto, los de segunda y tercera generación estuvieron ahí al principio con el Big Bang y decayeron en otras partículas menos masivas. Si sabemos de su existencia es gracias a los aceleradores de partículas y a las fabulosas mentes que fueron capaces de predecirlos. Puede que exista materia exótica formada con quarks y leptones más pesados en lugares cuyas condiciones energéticas lo permitan pero de momento no tenemos pruebas de ello.

Y creo que por ahora eso es todo. Ya sigo otro día. 😉