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Particulas elementales


En la escuela nos explicaron que los átomos están hechos de protones, neutrones y electrones.
Bien. Continúa siendo así. Salvo que a lo largo del siglo XX se fue descubriendo que los protones y los neutrones están hechos de unas partículas todavía más pequeñas llamadas quarks, y que a escala subatómica existen también otras partículas elementales como muones,bosones, neutrinos…
Los físicos clasifican todas estas partículas en dos grandes tipos: partículas de materia y partículas de fuerza.
- Las partículas de materia (fermiones) son, para entendernos y pidiendo desde ya perdón a los físicos, las que constituyen la parte “sólida” de los átomos. Estas son los quarks, neutrinos, el electrón, el muón, y el tau.
- Las partículas de fuerza (bosones) son justolas encargadas de transmitir fuerzas entre estas partículas “sólidas”. Por ejemplo el fotón estaría asociado a la fuerza electromagnética, el gluón a la fuerza nuclear fuerte que mantiene unidos a protones y neutrones en el centro del átomo, los bosones W y Z están asociados a la fuerza nuclear débil también dentro del núcleo atómico, y se especula que podría existir una partícula llamada gravitónque sería la responsable de la fuerza de la gravedad.
Toda esta comprensión a nivel subatómico sobre la estructura y leyes de la materia se fue conformando a lo largo del siglo XX, hasta ir construyendo el típico cuadro del “modelo estándar” que veis a vuestra derecha.




El modelo estándar de la física de partículas es una teoría que describe las relaciones entre las interaccionesfundamentales conocidas y las partículas elementales que componen toda la materia. Es una teoría cuántica de campos desarrollada entre 1970 y 1973 que es consistente con la mecánica cuántica y la relatividad especial. Hasta la fecha, casi todas las pruebas experimentales de las tres fuerzas descritas por el modelo estándar están de acuerdo con sus predicciones. Sin embargo, el modelo estándar no alcanza aser una teoría completa de las interacciones fundamentales debido a que no incluye la gravedad, la cuarta interacción fundamental conocida, y debido también al número elevado de parámetros numéricos (tales como masas y constantes que se juntan) que se deben poner a mano en la teoría (en vez de derivarse a partir de primeros principios).


Peter Higgs, François Englert y Robert Brout entreotros propusieron la siguiente hipótesis: al igual que un submarinista está rodeado de agua, y si desplaza la mano en vertical nota más resistencia que si la desplaza estando plana, a nivel subatómico quizás todo está permeado por un medio llamado “campo de Higgs”, que “frena” más a algunas partículas que a otras. Y cuanto más se frena una partícula por el campo de Higgs, más masa tiene. Por ejemplo,el fotón no interacciona nada con el campo de Higgs y por eso su masa es cero. Un electrón interacciona muy poco y su masa es mínima, y un quark “se frena” mucho y por eso contiene más masa. De esta manera, la masa no sería tanto una propiedad intrínseca de la partícula, como un resultado de la interacción con el campo de Higgs.
Pero; ¿de qué está hecho el campo de Higgs? Bueno, pues de la mismamanera que el agua está hecha de moléculas de H2O que no podemos ver, el campo de Higgs podría estar formado por unas partículas de fuerza todavía desconocidas que llamaron “bosones de Higgs”.
Los fotones no interaccionan con los bosones de Higgs, y por eso no tienen masa. El quark “top” –por ejemplo- interacciona mucho más con los bosones de Higgs que el quark “up”, y por eso es casi 100.000veces más pesado.


No fue hasta la llegada del acelerador de partículas-LHC en el CERN que existió una máquina con la capacidad energética suficiente para detectarlos. Hasta hace poco los aceleradores de partículas no podían acelerar tanto los protones como para que chocaran tan fuerte que se produjeran bosones de Higgs. Cuando el potencial del LHC lo permitió, los físicos empezaron el arduo...