¿Qué es el modelo estándar de física de partículas?

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Modelo estándar de física de partículas

El modelo estándar incluye las partículas de materia (quarks y leptones), las partículas portadoras de fuerza (bosones) y el bosón de Higgs. Crédito: Obra de arte cortesía de Sandbox Studio, Chicago for Symmetry

El Modelo Estándar de Física de Partículas es la mejor teoría actual de los científicos para describir los bloques de construcción más básicos del universo. Explica cómo las partículas llamadas quarks (que forman protones y neutrones) y leptones (que incluyen electrones) forman toda la materia conocida. También explica cómo las partículas portadoras de fuerza, que pertenecen a un grupo más amplio de bosones, influyen en los quarks y leptones.

El modelo estándar explica tres de las cuatro fuerzas fundamentales que gobiernan el universo: electromagnetismo, la fuerza fuerte y la fuerza débil. El electromagnetismo es transportado por fotones e implica la interacción de campos eléctricos y campos magnéticos. La fuerza fuerte, que es transportada por los gluones, une los núcleos atómicos para hacerlos estables. La fuerza débil, transportada por los bosones W y Z, provoca reacciones nucleares que han impulsado nuestro Sol y otras estrellas durante miles de millones de años. La cuarta fuerza fundamental es la gravedad, que no se explica adecuadamente en el modelo estándar.

A pesar de su éxito en la explicación del universo, el modelo estándar tiene límites. Por ejemplo, el bosón de Higgs da masa a los quarks, leptones cargados (como electrones) y los bosones W y Z. Sin embargo, todavía no sabemos si el bosón de Higgs también da masa a los neutrinos. – partículas fantasmales que interactúan muy raramente con otra materia en el universo. Además, los físicos comprenden que alrededor del 95 por ciento del universo no está hecho de materia ordinaria como la conocemos. En cambio, gran parte del universo se compone de materia oscura y energía oscura que no encajan en el Modelo Estándar.

DOE Office of Science: Contribuciones al modelo estándar de física de partículas

El DOE tiene una larga trayectoria de apoyo a la investigación de partículas fundamentales. Cinco de los seis tipos de quarks, un tipo de leptón y los tres neutrinos se descubrieron en lo que ahora son los laboratorios nacionales del DOE. Investigadores apoyados por la Oficina de Ciencias del DOE, a menudo en colaboración con científicos de todo el mundo, han contribuido a los descubrimientos y mediciones ganadores del Premio Nobel que refinaron el Modelo Estándar. Estos esfuerzos continúan hoy, con experimentos que hacen pruebas de precisión del Modelo Estándar y mejoran aún más las mediciones de las propiedades de las partículas y sus interacciones. Los teóricos trabajan con científicos experimentales para desarrollar nuevas vías para explorar el Modelo Estándar. Esta investigación también puede proporcionar información sobre qué tipo de partículas y fuerzas desconocidas podrían explicar la materia oscura y la energía oscura, así como explicar lo que sucedió con la antimateria después del Big Bang.

Modelo estándar de hechos de física de partículas

  • Toda la materia ordinaria, incluida toda átomo en la tabla periódica de elementos, consta de solo tres tipos de partículas de materia: quarks arriba y abajo, que forman los protones y neutrones en el núcleo, y los electrones que rodean el núcleo.
  • El modelo estándar completo tardó mucho en construirse. El físico JJ Thomson descubrió el electrón en 1897 y los científicos del Gran Colisionador de Hadrones encontraron la última pieza del rompecabezas, el bosón de Higgs, en 2012.