El modelo estndar de la fsica de partculashttps://www.bbvaopenmind.com/el-modelo-estandar-de-la-fisica-de-particulas/

Los griegos llamaron tomo a la partcula ms pequea a la que se pudiera llegar dividiendo la materia. Era un concepto puramente terico, pero era todo lo que saban de l y as de impreciso consigui mantenerse hasta tiempos muy recientes. El modelo se vino abajo a mediados del siglo XIX, cuando se empez a pensar que el tomo tena partes. En 1897 J.J.Thomson (no confundir con W.Thomson, Barn Kelvin) descubri el electrn como partcula elemental con carga elctrica negativa, que formaba parte del tomo. Como los tomos eran elctricamente neutros, se pens que la materia del tomo tena carga elctrica positiva, neutralizada por los electrones. El tomo, por tanto, era como un pudding de ciruelas en el que anidaban los electrones.

Ernest Rutherford, fsico neozelands afincado en Inglaterra, dio un paso de gigante en 1911 cuando descubri el protn en el ncleo del tomo. Era un fsico experimental (en oposicin a fsico terico) y su feliz experimento consisti en bombardear una fina lmina de oro con helio ionizado (tomos de helio desprovistos de sus electrones). Con gran sorpresa vio que la mayora de iones de helio atravesaban la lmina de oro sin problema, pero algunos rebotaban como si hubieran chocado con algo slido. Dedujo que en el ncleo de los tomos de oro haba una partcula dura, a la que se llam ms tarde protn. El tomo, por lo tanto, tena un ncleo duro de protones . Por este descubrimiento recibi el Premio Nobel de Qumica, con cierto disgusto por su parte porque l se consideraba fsico, no qumico (la Ciencia o es Fsica o es Filatelia, era una de sus frases).

Nils-Bohr, fsico dans, perfeccion el modelo atmico y lo describi como un mini-sistema planetario, en el que los electrones negativos giraban alrededor del ncleo positivo. El espacio intermedio estaba vaco. El modelo fue completado por James Chadwick hacia 1932 al descubrir el neutrn como parte del ncleo. El modelo planetario sin embargo era incorrecto y no explicaba por qu los electrones, al perder energa, no caan hacia el ncleo central, a pesar de la atraccin electromagntica entre electrones y protones.

Fue la mecnica cuntica la que resolvi el problema, al determinar que los electrones se movan en diferentes capas u orbitales y que no podan moverse del nivel cuntico de energa de un orbital a otro nivel sin recibir o ceder un cuanto de energa. Las ecuaciones de Schrdinger fijaron as la estructura del tomo, acompaadas por el principio de exclusin de Wolfgang Pauli, segn el cual en un mismo orbital slo puede haber un electrn ( o dos, si sus espn o momentos angulares intrnsecos son opuestos). Las funciones de onda o ecuaciones de Schrdinger determinan la probabilidad de que un electrn est en un punto concreto pero no suposicin exacta. Werner Heisenberg con su principio de indeterminacin haba sealado que no era posible fijar simultneamente la posicin y el momento (impulso) de una partcula.

Con este bagaje intelectual se lleg a la segunda guerra mundial y a la fisin del uranio en la bomba atmica. La fsica, a partir de entonces, empieza a explorar las piezas que resultan de la destruccin del tomo. Se descubren ms y ms partculas (hasta un par de centenas), dando origena un caos que se ha calificado como el zoo de partculas.

Fue Murray Gell-Mann, Profesor de Fsica en Caltech y Premio Nobel 1969, el que puso orden en el zoo, fijando lo que se ha llamado el modelo estndar de partculas. La esencia del modelono es excesivamente complicada, aunque los detalles queden para los especialistas y profesionales. Las partculas se dividen en dos grandes grupos: las que tienen masa y las que transmiten alguna de las fuerzas de la naturaleza. Las partculas con masa son las que forman los protones y neutrones del ncleo atmico y tambin forman los electrones que giran alrededor del ncleo.

Las partculas componentes de protones y neutrones se llaman quarks y son partculas elementales, es decir, que no se componen de piezas ms pequeas. Los electrones tambin son partculas elementales. Existen tres familias o grupos de quarks con nombres tan peculiares como up & down, charmed & strange y top & bottom (en castellano: arriba y abajo, encantado y extrao, cima y fondo). Las tres familias tienen cantidades crecientes de masa. Las partculas ms comunes en la naturaleza son up & down. Adems cada familia tiene su propio electrn y sucorrespondiente neutrino. El electrn de la segunda familia se llama mun y el de la tercera tau.

Las partculas transmisoras de fuerza no tienen, en principio, masa y su nombre genrico es elde bosones. Cada una de las fuerzas de la naturaleza tiene su partcula transmisora especfica: fotn(fuerza electromagntica), glun (fuerza nuclear fuerte) y bosones W-weak y Z-zero (fuerza nucleardbil). El gravitn, correspondiente a la fuerza de la gravedad, no se ha encontrado hasta ahora. La gravedad es la ms rebelde de las cuatro clases de fuerza existentes y no se ha conseguido incluir en ningn modelo. Lo que se llama la teora del todo ( la unificacin de las cuatro fuerzas) es hoy por hoy una quimera. El mismo Einstein fracas en su bsqueda, aunque le dedic las ltimas dcadas de su vida.

Una peculiaridad de los bosones W y Z es que s tienen masa, masa que les confiere, segn se cree, el famoso bosn de Higgs, recientemente descubierto en el CERN, al cruzarse con ellos en el campo de Higgs. Es en cierto modo una ruptura de la simetra de un modelo estndar, que por lo dems resulta bastante simtrico.

En el plano puramente terico se habla a veces de una super-simetra, un modelo similar al estndar,donde cada partcula de ste tendra su correspondiente equivalente, eso s con mayor masa y por ende ms pesada. Ninguna de estas super-partculas pesadas se ha encontrado hasta ahora. El modelo super-simtrico podra servir, entre otras cosas, para explicar las dimensiones adicionales del hiper-espacio o la naturaleza de la materia oscura. Temas para dejar volar la imaginacin

Ramn Reis

Economista, Madrid (Espaa)

El modelo estndar de la fsica de partculas