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El maravilloso mundo de las partículas elementales: ¿Nuestro universo realmente sólo tiene 61 tipos de partículas?
Las partículas fundamentales interactúan entre sí de formas complejas, mediadas por bosones, incluida la fuerza electromagnética, la fuerza débil y la fuerza fuerte.
Curiosamente, los quarks no pueden existir independientemente, sino en forma de hadrones; las partículas con un número impar de quarks en un hadrón se denominan bariones, mientras que las partículas con un número par de quarks se denominan mesones. Los protones y neutrones están compuestos principalmente de bariones y constituyen la gran mayoría de nuestra materia cotidiana. En comparación con los protones y los neutrones, los muones son inestables y sólo existen unos pocos microsegundos.
Cada partícula tiene una antipartícula correspondiente, que tiene la misma masa que la partícula pero carga opuesta. Por ejemplo, la antipartícula del electrón es el positrón. Esto significa que la existencia de antipartículas y antimateria es teóricamente posible.
Investigaciones relacionadas muestran que la interacción entre partículas y antipartículas puede conducir a su aniquilación y transformación en otras partículas, lo que verifica aún más la complejidad de la materia.
Para algunas partículas, como los fotones, son sus propias antipartículas. Estas partículas elementales son en realidad estados excitados de campos cuánticos, que son responsables de las interacciones entre partículas. El Modelo Estándar es la teoría dominante que explica estas partículas elementales y sus interacciones. Cómo integrar la gravedad con las teorías existentes de física de partículas sigue siendo un problema sin resolver. Se han propuesto muchas teorías para resolver este problema, como la gravedad cuántica de bucles, la teoría de cuerdas y la teoría de la supersimetría.
Antecedentes históricosLa idea de que la materia está formada por partículas elementales se remonta al siglo VI a. C. En el siglo XIX, John Dalton, a través de su trabajo en estequiometría, concluyó que cada elemento de la naturaleza estaba formado por un tipo único de partícula. Investigaciones posteriores demostraron que los átomos no son las partículas más básicas de la materia, sino que están compuestos de partículas más pequeñas (como los electrones).
Después de entrar en el siglo XX, la exploración de la física nuclear y la física cuántica condujo al descubrimiento de la fisión nuclear y la fusión nuclear en 1939, lo que no sólo desencadenó el desarrollo de armas nucleares sino que también promovió el desarrollo de la física de partículas moderna.
A lo largo de las décadas de 1950 y 1960, se descubrieron diversas partículas en colisiones de alta energía, un fenómeno conocido como el "zoológico de partículas", que inspiró a los físicos a pensar en nuevos problemas relacionados con el desequilibrio de la materia y la antimateria.
Tras la propuesta del Modelo Estándar, los físicos revelaron que este loco "zoológico de partículas" se formó mediante la combinación de unas cuantas partículas fundamentales, lo que marcó el inicio de la física de partículas moderna.
Introducción al modelo estándarLa clasificación actual de todas las partículas elementales se explica principalmente por el Modelo Estándar, que ganó amplia aceptación y confirmación experimental a mediados de la década de 1970. El Modelo Estándar describe las tres interacciones fundamentales, fuerte, débil y electromagnética, y utiliza bosones mediadores para explicarlas, incluidos ocho gluones, los bosones W−, W+ y Z, y el fotón. El Modelo Estándar también incluye 24 fermiones fundamentales (12 partículas y sus antipartículas) que constituyen los componentes básicos de toda la materia.
El Modelo Estándar también predice la existencia del bosón de Higgs. El 4 de julio de 2012, los físicos del Gran Colisionador de Hadrones del CERN anunciaron que habían descubierto una nueva partícula que se comporta como el bosón de Higgs. El Modelo Estándar actual tiene 61 partículas fundamentales que pueden combinarse para formar partículas compuestas, lo que también explica los cientos de otras partículas descubiertas desde la década de 1960.
Aunque el Modelo Estándar ha mostrado una alta consistencia en casi todas las pruebas experimentales, la mayoría de los físicos de partículas creen que su descripción de la naturaleza es incompleta y que aún queda por descubrir una teoría más completa. Recientes mediciones de la masa de neutrinos han llevado a la primera desviación del Modelo Estándar, en el que los neutrinos no tienen masa.Perspectivas de futuro
Entre los principales esfuerzos futuros se encuentran las búsquedas de física más allá del Modelo Estándar, como el Futuro Colisionador Circular propuesto por el CERN, y las recomendaciones del Panel de Priorización de Física de Partículas (P5) de Estados Unidos, que actualizará el estudio P5 de 2014. El informe recomienda varias proyectos experimentales, incluido el experimento de neutrinos en las profundidades subterráneas.
Las interacciones entre las distintas partículas hacen que nuestro universo esté lleno de incógnitas y sorpresas. Pero ¿cuántas partículas e interacciones aún no descubiertas se esconden en este infinito y profundo mundo de partículas?
