Del modelo estándar

Del modelo estándar 2

Durante los años ochenta del siglo XX los físicos que trabajaban en partículas elementales vinieron a coincidir en que la materia consiste, por una parte, en tres pares de leptones (partículas muy ligeras o incluso casi sin masa) y sus antipartículas. Los ejemplos por antonomasia son el electrón y el correspondiente neutrino electrónico.

Por otra de tres pares de quarks y sus antipartículas, que son los que forman la llamada materia bariónica, como los protones o los neutrones. Para mantener los quarks unidos existe una fuerza, la llamada interacción fuerte, que se expresa en ocho clases de gluones. Para unir a los leptones entre sí y con los quarks está la interacción electrodébil que consiste en el fotón (para la parte “electro”) y tres partículas (bosones), W+, W y Z0(para la parte “débil”).

La detección de las partículas W y Z en el bienio 1982-1983 y del quark cima (top)en 1995completaron la identificación experimental de los elementos del modelo estándar (a falta del bosón de Higgs). Los éxitos del modelo dieron lugar a las teorías de gran unificación (TGU), orientadas a unificar las interacciones fuerte y electrodébil, y a alentar los sueños de lograr una teoría de todo (TT).

Algunos físicos de partículas, especialmente Steven Weinberg, llegaron a afirmar que una vez que las “tripas” de las TGU (un juego de palabras en inglés entre “guts”, tripas, y GUTs, teorías de gran unificación) estaban en su sitio era de esperar que la TT definitiva fuese inminente. Sin embargo, un vistazo a los “modelos estándares” de la historia, si supusiesen un patrón por el que regirse, hace que este optimismo no esté del todo justificado.

Así, por ejemplo, el sistema de imponderables desarrollado por Pierre Simon de Laplace y su escuela a finales del XVIII y principios del XIX parecía capaz de describir todos los fenómenos conocidos en su momento en los mismos términos (aunque no en el mismo lenguaje): varios “leptones” (los “fluidos” sin masa mensurable de la electricidad, el magnetismo, el calor, la luz, etc.), un “barión” (las partículas de “materia común”) y fuerzas de atracción y repulsión. Muchos filósofos naturales anticipaban una teoría unificada que conectaría los distintos “fluidos” (leptones), un proyecto alentado por el descubrimiento del calor radiante y el electromagnetismo.

Pero las dificultades que suponían los avances en la teoría del calor, con la introducción de conceptos como el de entropía, la generalización de las leyes de conservación o la adopción paulatina del concepto de campo, hicieron que los fluidos imponderables se evaporasen.

Se dibujó entonces un nuevo modelo estándar basado en la unificación de la luz con el electromagnetismo, del calor con la energía cinética y el magnetismo con el movimiento vorticial, que pretendía basarse en un tipo de sustancia material, el éter, sujeta a las leyes de la mecánica. Así, la TGU más austera de las que surgieron, la desarrollada entre otros por William Thomson (Lord Kelvin), James Clerk Maxwell y Joseph John Thomson y llamada “átomo vorticial”, afirmaba que todos los fenómenos físicos se reducían a los movimientos de un medio incompresible, perfecto, que llenaba el espacio.

Este modelo de reduccionismo mecánico colapsó ante el descubrimiento experimental de nuevos fenómenos (electrones, rayos X, radiactividad) y las dificultades que aparecían en las teorías del calor (resueltas con la mecánica cuántica) y la electrodinámica (resueltas con la relatividad).

El descubrimiento del electrón y las especulaciones sobre la estructura atómica de finales del XIX y principios del XX sugirieron que la materia podía estar constituida por tres ingredientes: en el lenguaje actual diríamos un leptón negativo (electrón) un barión positivo (protón) y, tras el efecto Compton, un fotón neutro. Pero el estudio del núcleo atómico y de los rayos cósmicos entre las dos guerras mundiales y la construcción de aceleradores cada vez más potentes después de la segunda, pusieron de manifiesto la existencia de muchas más “partículas”. El enorme esfuerzo teórico y experimental para comprenderlas resultó en el modelo estándar de los años ochenta, culminado con el descubrimiento del bosón de Higgs en 2012.

Del modelo estándar

También existe la posibilidad de que el modelo estándar actual se desvanezca y su lugar lo tomen un número incontable de ultrapartículas vibrantes inimaginablemente pequeñas y nunca quietas, como las que propone la teoría de cuerdas, la candidata por antonomasia a TT. Con todo, es llamativo que las cuerdas recuerden de alguna manera, con los campos sustituyendo al éter, a los átomos vorticiales de Thomson.

Sobre el autor: César Tomé López es divulgador científico y editor de Mapping Ignorance

7 Comentarios

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Tom Wood GonzalezTom Wood Gonzalez

Creo que estamos lejos de poder crear un modelo standard en la física, por muchas razones. Miren dos:
Basta decir, que para mi los neutrinos, parecen más un paquetico (cuanto) electromagnético, de los niveles energéticos de los quark en su confinación (“similar” a los niveles, de la confinación del electrón en el átomo de hidrógeno); que cualquier otra cosa que se le atribuye. Para que la naturaleza necesitaria una partícula que según nuestros experimentos actuales, viaja solamente a la velocidad de la luz. Por que para los neutrinos, sí tienen masa, como dicen, no existen evidencias del reposo?
Electromagnéticos, si se quiere especiales. Sí, porque aunque los relojes actuales, en los experimentos de campo, con los neutrinos, sólo miden hasta los nanosegundos (10^-9 s) y se necesita medir tiempos, cuando menos del orden de los picosegundos (10^-12 s); los valores experimentales obtenidos en el Gran ErrorSaso son, infra luminosos, luminicos y supralumínicos. Y si los promedias, deben dar velocidades lumínicas, de “c”. Además, sigo viendo algo así como, que la velocidad medida experimentalmente de los neutrinos (los experimentos se diseñaron para discernir otras cosas), casi no depende de la energía. Y eso es una propiedad electromagnética: E= h por la frecuencia. Para las partículas (energíasmasas); la energía cinética, depende de la masa relativista y esta de la velocidad .
Por otro lado la gravedad, a mi me parece más una propiedad emergente,… que emerge de la relación de aceleración entre los distintos cuerpos; que de una partícula (energíamasa) o un campo (energíacampo). De ahí, que se pueda usar también, la acción a distancia Newtoniana o el choteado concepto metafísico-matemático, de espaciotiempo juntos; para medio caracterizarla. Nadie ha podido dar con claridad, con que rayos es la gravedad. A pesar, de hasta nuestro cuerpo sentirla, ser un sensor de gravedad.

Tom Wood GonzalezTom Wood Gonzalez

Para mi,… la física esta metida es en una gran crisis, donde no se vislumbra ninguna salida. Y la metafísica-matemática; más que la solución, me parece su desgracia.

Alejandro RiveroAlejandro Rivero

Mi pet theory es pensar en ese numero “incontable” de cuerdas vibrantes pero obligadas a terminar en uno de los cinco quarks (o antiquarks) ligeros, con lo cual ya no son tan incontables.

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