Modelo estándar de la física de partícules

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El modelu estándar de partícules elementales, colos bosones de gauge na columna derecha.

El modelo estándar de la física de partícules ye una teoría relativista de campos cuánticos desenvuelta ente 1970 y 1973 [ensin referencies] basada nes idees de la unificación y simetríes[1] que describe la estructura fundamental de la materia y el vacíu considerando les partícules elementales como entes irreducibles que la so cinemática ta rexida poles cuatro interacciones fundamentales conocíes. La palabra "modelu" nel nome vien del períodu de los 70 cuando nun había abonda evidencia esperimental que confirmara'l modelu.[1] Hasta la fecha, casi toesPlantía:Cuál les pruebes esperimentales de los trés fuerces descrites pol modelu estándar tán acordies con les sos predicciones. Sicasí, el modelu estándar nun algamar a ser una teoría completa de les interacciones fundamentales por cuenta de delles cuestiones ensin resolver.

Introducción[editar | editar la fonte]

A principios del sieglu XXI, el problema d'amenorgar les lleis que gobiernen el comportamientu y l'interacción de toles interacciones fundamentales de la materia siguía siendo un problema non resueltu. El trabayu teóricu mientres el sieglu XX, llevó a una teoría qu'amenorgaba a un esquema común el electromagnetismu y la fuerza débil, y teníase un modelu fayadizu de la fuerza fuerte. Sicasí, a pesar de diverses propuestes prometedores esistíen tres teoríes distintes pa esplicar les distintes interacciones fundamentales, a saber:

Teoría electrodébil
La teoría o modelu electrodébil unifica la interacción electromagnética cola materia, la electrodinámica cuántica, cola fuerza nuclear débil, que fueron formulaes en principiu de forma independiente.
La electrodinámica cuántica aniciar en 1927 nun apéndiz d'un artículu de Born, Heisenberg y Jordan sobre mecánica matricial na qu'esti postreru quantiza el campu electromagnético llibre. Foi subsiguientemente desenvueltu por Dirac, Jordan, Pauli, Heisenberg y otros y remató antes de 1950 nun trabayu de Tomonaga, Schwinger, Feynman y Dyson. El cálculu del desplazamientu Lamb y el valor esactu de la razón giromagnética del electrón son les predicciones destacables de la electrodinámica cuántica. La teoría de la fuerza nuclear débil empezó en 1932 cola teoría de Fermi pa la desintegración beta. Les meyores de la teoría pa los nucleones fueron feches na teoría V-A que tien en cuenta la violación de paridá. Sicasí los cálculos teóricos d'electrodinámica cuántica pal modelu de Fermi conducíen a infinitos.
El problema superar ente 1961 y 1968 por Glashow, Weinberg, Salam y otros unificando les teoríes electromagnéticu y nuclear débil.
Cromodinámica cuántica 

La fuerza nuclear fuerte queda esplicada como interacciones fuertes ente quarks na cromodinámica cuántica, formulada por Fritzsch, Gell-Man, Leutwyler, y depués por t'Hooft y otros. Esta teoría supon trés "cargues fuertes" como fonte de les fuerces.

Teoría xeneral de la relatividá 

Desenvuelta originalmente por Einstein, ye la culminación de la mecánica clásica quedando enmarcáu nuna mesma teoría la gravitación y la mecánica. Frente a esti panorama, el Modelo Estándar arrexunta, pero nun unifica, los dos primeres teoríes –el modelu electrodébil y la cromodinámica cuántica– lo qu'apurre una teoría internamente consistente que describe les interacciones ente toles partícules reparaes esperimentalmente.

Precedentes[editar | editar la fonte]

Como antecedentes del modelo estándar pueden citase a la teoría de campos y la teoría atómica.

La teoría atómica supon que la materia ta constituyida por entes indivisibles. Los descubrimientos de J. J. Thomson sobre'l electrón y de Y. Rutherford sobre'l núcleu atómicu dieron un meyor entendimientu de la estructura interna del átomu dando llugar a la física electrónica y la física nuclear respectivamente.

Teoría de campo[editar | editar la fonte]

Plantía:Artículo principal

La primera, empecipiada por M. Faraday,[ensin referencies] ye la meyor esplicación a l'acción a distancia. Nun entendimientu clásicu de la naturaleza hai tres fenómenos que presenten una acción a distancia: eletricidá, magnetismu y gravedá. Les primeres dos consideráronse fuerces independientes hasta que H. C. Ørsted afayó que la corriente eléctrica y el magnetismu taben rellacionaos.[ensin referencies] J. C. Maxwell describi matemáticamente la relación mutua ente los campos eléctricu y magnéticu dando un marcu teóricu completu pa la teoría electromagnética. Finalmente A. Einstein unificó dambos campos motiváu pola aparente asimetría al aplicar les ecuaciones de Maxwell a cuerpos en movimientu.[2] Un esfuerzu posterior llevar a xeneralizar esta teoría pa cuerpos aceleraos y el campu gravitatorio na teoría xeneral de la Relatividá.

Na teoría clásica de campos modélase la acción a distancia ente cuerpos puntuales por aciu un campu continuu que toma, tresporta y dexa enerxía de y a los cuerpos. Anguaño en física de partícules, la dinámica de la materia y de la enerxía na naturaleza entiéndese meyor en términos de cinemática ya interacciones de partícules fundamentales.[ensin referencies] Técnicamente, la teoría cuántica de campos apurre'l marcu matemáticu pal modelu estándar. El modelu estándar describe cada tipu de partícula en términos d'un campu matemático.Plantía:Qué Sicasí, esti marcu nun fai una distinción esencial ente campu y partícula: dambos pueden ser descritos por una función continua nel espaciu o bien como partícules puntuales.[ensin referencies] Nengunu de los anteriores ufierta una esplicación satisfactoria.[3] Pa una descripción técnica de los campos y de les sos interacciones, ver la Teoría cuántica de campos.

Simetría de la función d'onda Estadística Cuánto del campu !Tipu de campu !Spin


Exemplos Interpretación
Bose-Einstein Bosón Bosónico Campu esguilar,

campu "gauge"

Les partícules del campu pueden compartir el mesmu estáu d'enerxía y formar un entestaos. En mesmu volume pueden esistir arbitrariamente munchos bosones. Dota a la materia de la so masa.
Fermi-Dirac Fermión Fermiónico Semientero Campu espinoral: Fermión de Dirac, fermión de Majorana, fermión de Weyl Nun mesmu volume pueden esistir una llindada cantidá de partícules del campu, obedeciendo al principiu d'esclusión de Pauli. Dota a la materia de volume y impenetrabilidad.

Física electrónica[editar | editar la fonte]

La teoría cuántica del electrón escurrida Paul Dirac describe al electrón a velocidaes relativistes. D'ésta esprende la idea del spin en forma natural como parte de la solución a la formulación relativista de ecuación de Schrödinger.[1] Esti esfuerzu entepasó les mires, non yá esplicando l'espectru de ciertos átomosPlantía:Cuálos sinón la predicción depués confirmada[¿Cuándo?] d'electrones con carga positiva: los positrones. Sicasí, estes ecuaciones describen al electrón como un únicu electrón o un gas ideal d'electrones, y tamién que'l campu eléctrico del electrón ye despreciable con respectu al que ta somorguiáu.[ensin referencies] La investigación teórica sobre la interacción del electrón col campu electromagnético y ente electrones da llugar a la electrodinámica cuántica. Esta postrera considerar por demás esitosa pol grau de precisión de les sos predicciones.[ensin referencies]

Los métodos y conceutos utilizaos na electrodinámica cuántica dieron llugar a la teoría cuántica de campos y sentó les bases sobre la que se sofita'l modelu estándar.[ensin referencies]

Aspeutos clave[editar | editar la fonte]

Simetríes[editar | editar la fonte]

Les simetríes son invarianzas ante transformación. El teorema de Noether establez una correspondencia ente una simetría y una llei de caltenimientu, ye dicir establez una razón fundamental pola cual reparar el caltenimientu de ciertes magnitúes.

Transformación espacio-temporal Magnitú caltenida
Traslación espacial Momentu llineal
Rotación Momento angular
Traslación temporal Enerxía


Simetríes Discretes[editar | editar la fonte]

Wolfgang Pauli y Julian Schwinger independientemente, demostraron que la invariancia so los tresformamientos de Lorentz, implica una invariancia CPT.[4] Esto ye, los campos cuánticos relativistes son invariantes ante'l cambéu de partícula pola so antipartícula y viceversa (Simetría C), invariantes ante la inversión especular (Simetría P) y invariantes ante la inversión temporal (Simetría T).

Tresformamientu de Paridá
Leptones levógiros Leptones dextrógiros
Conxugación de carga
Antimateria

Sicasí, verificóse esperimentalmente que la interacción nuclear débil viola la simetría P: pórtase distintu a la so imaxe especular. Esto supunxo qu'otra simetría ye violada pa restaurar la simetría CPT.[ensin referencies] D'esta manera la simetría CP y la simetría T supunxéronse fundamentales.[ensin referencies] Esperimentos sobre'l kaón demostraron que'l sector quark viola la simetría CP, consecuentemente la simetría T, anque esta postrera nun pudo ser verificada esperimentalmente por cuenta de la so dificultá.[ensin referencies]

Simetríes Internes[editar | editar la fonte]

Artículu principal: Teoría de campu de gauge

Les simetríes internes tienen un rol importante nel modelu estándar yá que elles esprende la caltenimientu de carga y define inequívocamente la interacción ente partícules.[5]

Simetríes
Tipu !Consecuencies[6]
Global y esactu Campos

esguilares ensin masa Local y esacta

Interacciones. Bosones mediadores ensin masa.
Interacciones.

Bosones mediadores masivos.

La intensidá de la interacción queda determinada pol acoplamientu del fermión al campu gauge. Esti acoplamientu coincide cola carga eléctrica na electrodinámica cuántica y por estensión se les cargues de los fermiones cargaos. Debíu al teorema de Noether a la simetría introducida correspuénde-y una caltenimientu de carga. La ecuación de Yang-Mills xeneraliza la electrodinámica cuántica introduciendo nueves simetríes gauge. Estes simetríes introducen un nuevu bosón, que media la fuerza correspondiente.Plantía:Qué

Tresformamientu gauge Caltenimientu !Interacción Bosón
O(1) Carga eléctrica Electromagnética Fotón
EL SOL(2)×OY(1) Hipercarga débil y Isospín débil [ensin referencies] Electrodébil W1,W2,W3,B
EL SO(3) Carga de color Nuclear fuerte Gluón

Rotura bonal de simetría[editar | editar la fonte]

Plantía:Artículo principalMagar el modelu ye perfectamente simétricu, la evidencia esperimental demuestra que la realidá nun ye asina, principalmente porque la inclusión de masa nel modelu ruempe estes simetríes, pero esiste la evidencia empírica que demuestra que les partícules son masives. Esto punxo n'evidencia una rotura bonal de simetría pal modelu electrodébil.

Organización del modelu[editar | editar la fonte]

Pa facilitar la descripción, los términos del lagrangiano del modelo estándar pueden arrexuntase como s'indica na tabla:[7]

Bosones Fermiones
Sector Gauge Sector Higgs Sector Leptón Sector Quark
Cinemática de los fermiones
Términos de masa Acoplamientu Yukawa col bosón de Higgs
Sector electrodébil Interacción electrodébil
Cromodinámica cuántica Campu gluón Interacción fuerte
Sector Higgs

El modelu estándar inclúi tres campos bosónicos B, W y G correspondientes a les simetríes O(1), LA SO(2) y LA SO(3) respectivamente. Adicionalmente un bosón agregu pa caltener la simetría nel sector electrodébil.[ensin referencies]Plantía:Qué Depués de la rotura bonal de simetría electrodébil los bosones B y W entemécense resultando nel campu electromagnético y el bosón neutru de la interacción nuclear débil .

Los fermiones nel modelu estándar estremar en leptones y quarks acordies con el so acoplamientu al riolo color. Sicasí, nun esiste razón fundamental por que esto sía asina y formuláronse[¿quién?] estensiones al modelu pa encarar esta particularidá. Los leptones son , y y los quarks son , , y . El neutrín dextrógiro nun foi reparáu y puede ser por dos razones: o bien el neutrín dextrógiro ye bien masivu[ensin referencies] o bien el neutrín ye un fermión de Majorana y consecuentemente el antineutrino dextrógiro reparáu ye idénticu al neutrín dextrógiro.Plantía:Qué[ensin referencies] Los fermiones reales resulten de la composición de la componente levógira y la dextrógira. So la interacción electrodébil formen dobletes levógiros (subíndice L) o singletes dextrógiros (subíndice R).Plantía:Qué Implícitamente cada fermión tien un componente por xeneración.Plantía:Qué Los fermiones de Dirac tán compuestos por un fermión levógiro y otru dextrógiro.

Partícules de materia[editar | editar la fonte]

 Representación artística d'un átomu d'Heliu
Representación artística d'un átomu de Heliu 4 según el modelu estándar, amosar de color coloráu les interacciones electromagnétiques y de color naranxa les Fuertes.

Los fermiones cumplen el rol de partícules de materia yá que, por cuenta de la so estadística, nun pueden esistir dos d'estes partícules nel mesmu estáu cuánticu polo cual necesariamente formen estructures, como un átomu, una molécula o una estructura cristalina. El prototipu de los fermiones ye l'electrón, que la so descripción cuántica y relativista ta dada pola ecuación de Dirac. Sicasí la violación de les simetría C y P de la desintegración beta pon en dulda que'l neutrín respuenda a esta ecuación. Weyl y Ettore Majorana propunxeron dos tales ecuaciones pa describir al neutrín.

Fermiones de Dirac[editar | editar la fonte]

Denominar asina a la partícula rexida pola ecuación de Dirac. Magar esta ecuación foi de primeres postulada por P. M. Dirac pa describir al electrón a velocidaes relativistes, ye generalizable a otros fermiones como protones y neutrones y de xacíu quarks.

Anque la ecuación resulta en resultancies consistentes colos esperimentos, la solución almite infinitos niveles d'enerxía negativos que nun son reparaos: nengún electrón aparra infinitamente. La interpretación a esta aparente contradicción ye almitir la esistencia d'electrones cargaos positivamente. Hipótesis depués verificada esperimentalmente por C. D. Anderson. La violación de la simetría-C de la interacción nuclear débil riquió modificar la ecuación de dirac p'afaela a les resultancies esperimentales.

Fermión de Majorana[editar | editar la fonte]

Ettore Majorana propunxo [¿Cuándo?] un cambéu a la ecuación de Dirac pa incluyir explícitamente l'antipartícula y forzar una asimetría.[ensin referencies] D'esta manera un fermión de Majorana ye la so propia antipartícula.Plantía:Qué La hipótesis del neutrín como fermión de Majorana confirmaríase si repararen desintegraciones dobles beta ensin neutrinos.

Organización de los fermiones elementales[editar | editar la fonte]

Los fermiones elementales puede estremar en dos grandes categoríes d'alcuerdu a cómo interaccionan ente sigo: leptones y quarks. A diferencia de los primeres los postreros nun se reparen en forma aisllaes sinón que interaccionan fuertemente quedando confinaos en hadrones: mesones, bariones y los hipotéticos tetraquarks, pentaquarks y molécules hadrónicas.[8][9] Les partícules de dambes categoríes interaccionan según el modelu electrodébil.

Los seis leptones y seis quarks puede arrexuntar en, hasta'l momentu, trés xeneraciones o families de dos partícules caúna. Cada xeneración difier solamente na masa, el restu de les propiedaes, cargues, son idéntiques ente xeneraciones, anque les investigaciones sobre'l momentu anómalu del muon podríen refutar esto.[10] Hai que notar qu'esta división nun ye esplicada pol modelu estándar como tampoco si ye coincidencia qu'esistan la mesma cantidá de xeneraciones tantu pa quarks como para leptones.[11]

Leptones Quarks
Families Nome Símbolu Nome -----

align="center"

1a electrón up -----

align="center"

neutrín electrónicu |

down d
2a muon charm c
neutrín muónico strange s
3a tau top t
neutrín tauónico bottom b
Partícules de materia fundamental del Modelo Estándar

Llista de fermiones del Modelo Estándar[editar | editar la fonte]

Esta tabla basar en parte de datos tomaos pol Grupu de Datos de Partícules (Quarks).

Fermiones zurdos nel Modelu Estándar
Familia 1
Fermión
(levógiro)
Símbolu !Carga
eléctrica
Isospin
débil
Hipercarga Carga de
Color
 [12]
Masa [13]
Electrón 511 keV/C²
Positrón 511 keV/C²
Neutrín electrónicu < 2 eV/C²
Up quark ~ 3 MeV/C² [14]
Up antiquark ~ 3 MeV/C² [14]
Down quark ~ 6 MeV/C² [14]
Down antiquark ~ 6 MeV/C² [14]
 
Familia 2
Fermión
(levógiro)
Símbolu !Carga
eléctrica
Isospin
débil
Hipercarga Carga de
Color
 [12]
Masa [13]
Muon 106 MeV/C²
Antimuón 106 MeV/C²
Neutrín muónico < 2 eV/C²
Quark Charm ~ 1.3 GeV/C²
Antiquark Charm ~ 1.3 GeV/C²
Quark Strange ~ 100 MeV/C²
Antiquark Strange ~ 100 MeV/C²
 
Familia 3
Fermión
(levógiro)
Símbolu !Carga
eléctrica
Isospin
débil
Hipercarga Carga de
Color
 [12]
Masa [13]
tau 1.78 GeV/C²
Anti-tau 1.78 GeV/C²
Neutrín tauónico < 2 eV/C²
Top quark 171 GeV/C²
Top antiquark 171 GeV/C²
Bottom quark ~ 4.2 GeV/C²
Bottom antiquark ~ 4.2 GeV/C²

Les cargues de les partícules elementales surden de resultes necesaria d'imponer simetríes "internes" o de "gauge" Plantía:Qué.

Estes cargues facer susceptibles a les fuerces fundamentales [ensin referencies] según lo descrito na sección siguiente.

  • Los quarks vienen en trés "colories"[15] (llamaes por conveniencia colorada, verde o azul), que son usaes pa describir como interactúan col riolo gluón.
  • Los quarks tipu up (up, top o charm) tienen asignaes una carga eléctrica de +2/3, y los tipu down (down, strange y bottom) tienen asignaes una carga eléctrica de -1/3, dexando a dambos tipos participar en interacciones electromagnétiques. Debíu al confinamientu de quarks estes midíes son siempres indirectes, salvo la del quark top.[16]
  • Los leptones non evidencian nenguna interacción fuerte, polo que nun tienen asignada nenguna carga de color.
  • Los leptones cargaos (l'electrón, el muon, y el leptón tau) por razones históriques lleven una carga eléctrica de -1, dexándo-yos participar n'interacciones electromagnétiques.
  • Los leptones neutros (los neutrinos) nun lleven nenguna carga eléctrica, evitándose que participen n'interacciones electromagnétiques.
  • Los quarks y los leptones levógiros lleven delles cargues de sabor, incluyendo'l isospin débil, dexando a toes elles interaccionar recíprocamente vía la interacción nuclear débil.

Modelo estándar de leptones[editar | editar la fonte]

Un primer modelu de leptones foi propuestu por Steven Weinberg en 1967[17] basáu na simetría gauge LA SO(2)×O(1) y trabayos previos de Glashow, Salam y Ward y el mecanismu Brout-Englert-Higgs.[18] Magar el modelu inclúi solamente al electrón y al neutrín electrónicu, el principiu de la universalidá leptónica establez que tolos leptones acoplar d'igual manera a los bosones vectoriales[19] y dexa aplicar el modelu de Weinberg igualmente a los muones y tauones.

El modelu introduz les mases de los leptones por aciu la interacción d'un campu esguilar. Pa esto estrema a cada unu de los leptones nos sos dos partes quirales[18] (dextrógira y levógira) resultando en dos fermiones de Weyl levógiros : un doblete y un singlete .[20] Cada componente del doblete identificar con un leptón cargáu y el so correspondiente neutrín electrónicu. El singlete ye un leptón cargáu dextrógiro.

El modelu estándar de leptones puede resumir na siguiente manera.

Tresformamientu de Paridá
Leptones levógiros Leptones dextrógiros
Conxugación de carga
Antimateria

Interacciones[editar | editar la fonte]

Los leptones interaccionan emitiendo y absorbiendo bosones W, Z y fotones.[21] La emisión o absorción d'un bosón W implica un cambéu de isospin débil y carga del leptón. Los bosones Z responsables de la dispersión elástica de neutrinos y l'única interacción que tienen los neutrinos cola materia.

Los leptones cargaos, naturalamente, interactúan electromagnéticamente, independientemente del so quiralidad.

Xeneración de masa[editar | editar la fonte]

Los leptones cargaos adquieren la so masa reparada depués de la rotura bonal de la simetría electrodébil interactuando col bosón de Higgs.

Los leptones neutros —neutrinos— permanecen ensin masa.[18] Esto non se condice coles resultancies esperimentales, polo que'l mecanismu pol cual los neutrinos adquieren masa escapa al modelo estándar. En primer llugar la non observación de neutrinos dextrógiros implica que nun pueden adquirir masa de Dirac. La carga eléctrica nula de los neutrinos nun esclúi qu'adquieran masa de Majorana, anque esto violaría'l caltenimientu del númberu leptónico.[ensin referencies]

Oscilación de neutrinos[editar | editar la fonte]

La masa non nulo de los neutrinos implica una oscilación ente los distintos tipos de neutrinos

De la mesma, esta oscilación dexa la escayencia de leptones cargaos d'una familia a otra emitiendo un fotón, por casu

Sicasí la probabilidá d'esti procesu ye despreciable[ensin referencies].

Modelo estándar de Quarks[editar | editar la fonte]

Artículu principal: Modelu de quarks

El modelu de quarks originalmente tenía trés quarks, up down y strange.[ensin referencies] Caúnu portador de los númberos cuánticos isospin enriba, isospin embaxo y estrañedá. El mecanismu Glashow-Iliopolous-Maiani predixo un cuartu quark (charm o encantu).[22] El mecanismu Cabbibo-Kobayashi-Maskawa prediz una tercer xeneración de quarks, top y bottom (truth y beauty).[ensin referencies]

Mecanismu Glashow-Iliopolous-Maiani[editar | editar la fonte]

Mecanismu Cabibbo-Kobayashi-Maskawa[editar | editar la fonte]

Quark Top[editar | editar la fonte]

Artículu principal: Quark Top

El quark top tien cierta relevancia nel modelu estándar yá que la so curtia vida media nun-y dexa hadronizar y la so masa puede determinase con mayor precisión que la de los otros quarks.[ensin referencies]

Campos de norma o "gauge"[editar | editar la fonte]

Les fuerces na física son la forma en que les partícules interactúan recíprocamente ya inflúyense mutuamente. A nivel macroscópico, por casu, la fuerza de Lorentz dexa que les partícules cargaes eléctricamente interactúen con campu electromagnético. Otru exemplu, la fuerza de gravitación dexa que dos partícules con masa atráiganse una a otra acordies con la Teoría de gravitación de Newton. El modelu estándar esplica la primera d'estes fuerces como la resultancia del intercambiu d'otres partícules per parte de les partícules de materia, conocíes como partícules mediadores de la fuerza. Cuando s'intercambia una partícula mediadora de la fuerza, a nivel macroscópico l'efectu ye equivalente a una fuerza qu'inflúi a los dos, y dizse que la partícula medió (esto ye, foi l'axente de) esa fuerza. Créese [¿quién?] que les partícules mediadores de fuerza son la razón pola qu'esisten les fuerces y les interacciones ente les partícules reparaes nel llaboratoriu y nel universu.

Les partícules mediadores de fuerza descrites pol modelu estándar tamién tienen spin (al igual que les partícules de materia), pero nel so casu, el valor del spin ye necesariamente[23] enteru, particularmente unitariu, significando que toles partícules mediadores de fuerza son bosones.Plantía:Qué Consecuentemente, nun siguen el principiu d'esclusión de Pauli. Los diversos tipos de partícules mediadores de fuerza son descrites de siguío.

  • Los bosones de gauge W+, W, y Z0 medien les interacciones nucleares débiles ente les partícules de diversos sabores (tolos quarks y leptones). Son masivos, col Z0 más masivu qu'el . Les interacciones débiles qu'impliquen al actúen puramente en partícules maniegues y non sobre les antipartícules maniegues. Amás, el lleva una carga eléctrica de +1 y -1 y participa nes interacciones electromagnétiques. El bosón eléctricamente neutru Z0 interactúa con dambes partícules y antipartícules maniegues. Estos trés bosones gauge xuntu colos fotones arrexuntar xuntos y midíen colectivamente les interacciones electrodébiles.[ensin referencies]
  • Los ocho gluones medien les interacciones nucleares fuertes ente les partícules cargaes con color (los quarks). Los gluones nun tienen masa. La multiplicidá de los gluones etiquetar poles combinaciones d'el color y de una carga de anticolor (esto ye, Coloráu-anti-Verde). Como'l gluon tien una carga efectiva de color, pueden interactuar ente sigo mesmos. Los gluones y les sos interacciones describir por aciu la teoría de la cromodinámica cuántica.
Tresformamientu gauge Carga Caltenida Bosón elemental Interacción Teoría
EL SO(2)L×O(1)Y O(1)EM Hipercarga débil

Carga eléctrica

W1,W2,W3,B Fotón Electrodébil Electromagnética Electrodinámica cuántica
EL SO(2)L Isospin débil

W+,W-,Z0 Nuclear débil Teoría electrodébil
EL SO(3) Carga de color Gluón Nuclear fuerte Cromodinámica cuántica

Sector electrodébil[editar | editar la fonte]

El modelu estándar de les interacciones electrodébiles ta basáu nel grupu gauge EL SO(2)×O(1), con cuatro bosones gauge paL SO(2) y B para O(1), y les correspondientes constantes d'acoplamientu g y g'. Los fermiones levógiros de la xeneración iésima son dobletes. Los fermiones dextrógiros son singletes nEL SO(2). El modelu mínimu contién tres generación o families.[24] La interacción débil acoplar a la quiralidad del fermión de la forma más asimétrica posible: acoplar a fermiones levógiros pero non a los dextrógiros.[25] D'esta manera la interacción electrodébil acóplase solamente a los fermiones levógiros, cargaos o non. Esto supon una violación a la simetría P polo que se fai necesaria la violación d'otra simetría, nesti casu la conxugación de carga, por que la simetría restáurese.Plantía:Qué

El lagrangiano del fermión na interacción electrodébil queda definíu depués de la rotura bonal de simetría como:[24]

Onde cada unu de los términos representen:

  1. El campu fermiónico acopláu al campu de Higgs por aciu un acoplamientu de Yukawa.
  2. La interacción de los dobletes levógiros ó colos bosones cargaos . Esto implica que na interacción débil los fermiones participen nos pares daos. Por casu electrón-neutrín o quark up - quark down.
  3. La interacción electromagnética ente'l fotón y el fermión. La constante d'acoplamientu d'esta interacción ta dada pola carga elemental definida según
  4. La interacción del fermión col bosón neutru

onde ye'l ángulu d'amiestu electrodébil.

La interacción electrodébil ente quarks puede resumir de la siguiente manera:

Emisión/Absorción de bosones W Creación/Aniquilación de quarks

Decaimiento beta:

Emisión/absorción de bosones W Creación/aniquilación de leptones

En tolos casos la carga caltener en dambos llaos de la interacción, como asina'l númberu leptónico, esto ye, la diferencia ente leptones y antileptones. Amás la interacción asocede siempres ente fermiones de la mesma xeneración.

Por casu la escayencia mu:

Xeneración de masa[editar | editar la fonte]

Mecanismu de Higgs[editar | editar la fonte]

Artículu principal: Bosón de Higgs

La partícula de Higgs ye una partícula elemental (con masa) predicha nel modelu estándar. Tien spin S=0, polo que ye un bosón.

El bosón de Higgs desempeña un papel únicu nel modelu estándar, y un papel dominante n'esplicar los oríxenes de la masa de los bosones W y Z, los leptones cargaos, los quarks y la so propia masa [ensin referencies]. Les mases de les partícules elementales, y les diferencies ente l'electromagnetismu (causada pol fotón) y la fuerza débil (causada polos bosones W y Z), son crítiques en munchos aspeutos de la estructura de la materia microscópico (y polo tanto macroscópica).

Hasta l'añu 2012, nengún esperimentu detectara directamente la esistencia del bosón de Higgs, anque había una cierta evidencia indirecta d'él. Toles esperances taben puestes nes investigaciones realizaes por aciu el Gran colisionador de hadrones del CERN. Esti centru fixo l'históricu anunciu del afayu d'una partícula compatible coles propiedaes del bosón de Higgs el 4 de xunetu de 2012, confirmáu polos esperimentos ATLES y CMS. Pero entá falta ver si esta nueva partícula cumple les característiques prediches del bosón de Higgs daes pol modelu estándar.


Pruebes y predicciones[editar | editar la fonte]

El Modelu Estándar predicía la esistencia de los bosones W y Z, el gluón. Les sos propiedaes prediches fueron esperimentalmente confirmaes con bona precisión.

El Large Electron-Positron collider (LEP) nel CERN probó delles predicciones ente les escayencies de los bosones Z, y confirmar.

La tabla siguiente amuesa una comparanza ente los valores midíos esperimentalmente y los predichos pol Modelu Estándar:

Cantidá Midida (GeV) Predicción d'el
Modelo Estándar (GeV)
Masa del bosón W 80,4120 ± 0,0420 80,3900 ± 0,0180
Masa del bosón Z 91,1876 ± 0,0021 91,1874 ± 0,0021

Insuficiencias del modelo estándar[editar | editar la fonte]

Una de les principales dificultaes a superar pal modelu estándar foi la falta d'evidencies científiques Plantía:Qué. Sicasí'l 4 de xunetu de 2012 los físicos anunciaron l'afayu d'un bosón compatible coles característiques descrites, ente otros, por Peter Higgs; en que'l so honor bautizar la partícula. El fechu de ser alcontráu en dos detectores distintos según la so fiabilidá (grau de certidume o sigma) fai que bien probablemente esta estorbisa del modelo estándar fuera superáu.

Inclusive cuando'l Modelu Estándar tuvo gran ésitu n'esplicar les resultancies esperimentales, tien ciertes cuestiones importantes ensin resolver:[26]

  1. El problema del númberu de constantes físiques fundamentales. El modelu contién 19 parámetros arbitrarios que los sos valor escoyer por que les predicciones afacer a les resultancies expermimentales.
  2. Por qué les interacciones danse como simetríes gauge del grupu EL SOC(3)×EL SOL(2)×OY(1).
  3. Por qué hai tres generación de quarks y leptones.
  4. Por qué nun hai hadrones con carga fraccionaria (a pesar que los sos constituyentes, los quarks, sí la tienen).
  5. Cuál ye l'orixe de les mases de los leptones y los quarks y/o l'aparente xerarquía de mases.
  6. L'orixe de la violación CP. Dientro d'él, la materia y la antimateria son simétriques. La preponderancia de la materia nel universu podría ser esplicada diciendo que l'universu empezó con otres condiciones iniciales, pero la mayoría [¿quién?] de los físicos piensen qu'esta esplicación nun ye elegante.
  7. Nun esplica la materia escuro nin la enerxía escura.

Parámetros arbitrarios del modelo estándar[editar | editar la fonte]

El modelu estándar tien 19 parámetros que tienen d'establecese de forma arbitraria pa ser consistente coles resultancies expermientales. Estos son trés contantes d'acoplamientu, los nueve mases de los fermiones cargaos y los cuatro ángulos y fase de la matriz CMK. Adicionalmente les mases de los neutrinos y los seis ángulos d'amiestu.

Constantes d'acoplamientu[editar | editar la fonte]

El modelu estándar tien trés constantes d'acoplamientu per cada grupu de simetría LA SOcolor(3), EL SOlevógiro(2), Oyukawa(1): g3, g' y g respectivamente. Alternativamente a g y g' pueden definise a partir del ángulu d'amiestu electrodébil y la carga elemental:

O bien a partir de la constante d'estructura fina.

Mases de los fermiones cargaos[editar | editar la fonte]

Les mases de los leptones cargaos electrón, muon y tauón pueden midise con relativa facilidá.

Sicasí, como los quarks nun se reparen llibremente, la so masa tien qu'inferise.

Ángulos d'amiestu de la matriz CMK[editar | editar la fonte]

La matrix CMK queda definida por trés ángulos y una fase, únicu mecanismu conocíu responsable de la violación CP.

Parámetros del mecanismu de Higgs[editar | editar la fonte]

Unu d'ellos ye la esperanza en vacíu, que foi determindado en 2012 nel LHC.

Otru parámetru ye l'acoplamientu de los fermiones al bosón de Higgs.

Parámetru θ de la Cromodinámica Cuántica[editar | editar la fonte]

Ver Teoría de Peccei-Quinn

Parámetro Oscilación de los neutrinos[editar | editar la fonte]

Ver Matriz de Pontecorvo–Maki–Nakagawa–Sakata

Estensiones al modelo estándar[editar | editar la fonte]

Una meta importante de la física ye atopar la base común que xuniría a toes éstes[ensin referencies] nuna teoría del tou, na cual toles otres lleis que conocemos seríen casos especiales, y de la cual puede derivase'l comportamientu de tola materia y enerxía (idealmente a partir de primeros principios).

Esisten alternatives al Modelo Estándar qu'intenten dar respuesta a estes "defectos", como por casu la teoría de cuerdes y la Gravedá cuántica de bucles.

Ver tamién[editar | editar la fonte]

Plantía:Saléu

Referencies[editar | editar la fonte]

  1. 1,0 1,1 «El Bosón de Higgs». Revista Ciencia ya Investigación. http://www.aargentinapciencias.org/2/images/RevistasCeI/tomu64-3/Paginas5-22desdeRevista64-3.pdf. Consultáu 'l 26/8. 
  2. Albert Einstein. (26 de payares de 1905). «On the Electrodynamics of Moving Bodies» (inglés). Consultáu'l 20/08/16.
  3. «¿Qué ye Real?». Investigación y Ciencia. Ochobre de 2013. http://www.investigacionyciencia.es/revistas/investigacion-y-ciencia/numbero/445/qu-ye-real-11444. Consultáu 'l 17 d'agostu de 2016. 
  4. «CPT Invariance». Consultáu'l 2 d'avientu de 2016.
  5. Ramos Martínez. guapura-en-les lleis-fsicas-14591 La guapura nes lleis físiques. http://www.investigacionyciencia.es/revistas/investigacion-y-ciencia/numbero/481/la guapura-en-les lleis-fsicas-14591. Consultáu 'l 16 d'ochobre de 2016. 
  6. https://webhome.weizmann.ac.il/home/yotams/notes/GNB-master.pdf
  7. «Standard Model Lagrangian (including neutrín mass terms)». Consultáu'l 22 d'ochobre de 2016.
  8. «Cuidáu, LHCb reparó una molécula hadrónica, non un pentaquark | Ciencia» (15 de xunetu de 2015). Consultáu'l 17 de setiembre de 2016.
  9. «NeoFronteras » ¿Molécula hadrónica o pentaquark? - Portada -». Consultáu'l 17 de setiembre de 2016.
  10. «momentu-magnetico-anomalo-del-muon/ #FísicaCuántica: El momentu magnéticu anómalu del muón | Ciencia» (28 de mayu de 2013). Consultáu'l 1 d'ochobre de 2016.
  11. «Lepton Universality» (en Inglés). Beamline. 1995. http://www.slac.stanford.edu/pubs/beamline/25/1/25-1-patterson.pdf. Consultáu 'l 21 de setiembre de 2016. 
  12. 12,0 12,1 12,2 Estes cargues non pueden sumase talo como pos son etiquetes usaes pa la representación de grupu de los grupos de Lie.
  13. 13,0 13,1 13,2 La masa realmente ye l'acoplamientu ente un fermión maniegu con otru fermión diestru. Por casu, la masa d'un electrón ye realmente l'acoplamientu ente un electrón maniegu con otru electrón diestru, que ye la antipartícula d'un positrón maniegu. Los neutrinos amuesen grandes amiestos nel so acoplamientu de mases.
  14. 14,0 14,1 14,2 14,3 Les mases de los bariones y los hadrones y delles secciones eficaces son cantidaes midíes esperimentalmente. Como los quarks non pueden aisllase pol confinamientu QCD, la cantidá dada equí suponse la masa del quark na escala de renormalización de la escala QCD.
  15. C. Patrignani et al. (Particle Data Group), Chin. Phys. C, 40, 100001 (2016). "9. Quantum Chromodynamics"
  16. «Resultáu de la selmana de DZero». Consultáu'l 19 de payares de 2016.
  17. «A Model of Leptons». Physical Review Letters 19. 20 de payares de 1967. doi:10.1103/PhysRevLett.19.1264. http://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevLett.19.1264. Consultáu 'l 2 de payares de 2016. 
  18. 18,0 18,1 18,2 Class for Physics of the Royal Swedish Academy of Sciences (ed.): «The BEH-mechanism, Interactions With Short Range Forces And Scalar Particles» (inglés). Consultáu'l 13 de payares de 2016.
  19. (en ye-YE) universalidá-leptonica-en-el modelu-estandar/ N'entredichu la universalidá leptónica nel modelu estándar | Ciencia | La Ciencia de la Mula Francis. http://francis.naukas.com/2015/09/02/en-entredichu-la universalidá-leptonica-en-el modelu-estandar/. Consultáu 'l 3 de payares de 2016. 
  20. Srednicki, Mark. «88. The Standar Model: Lepton Sector», Quantum Field Theory (en Inglés). Cambridge.
  21. «esencia-de-la materia-una hestoria-de-fermiones-y-bosones/ La esencia de la materia: una hestoria de fermiones y bosones» (26 d'agostu de 2009). Consultáu'l 4 de mayu de 2017.
  22. «Glashow-Iliopoulos-Maiani mechanism». Scholarpedia 5. 20 de mayu de 2010. doi:10.4249/scholarpedia.7125. ISSN 1941-6016. http://www.scholarpedia.org/article/Glashow-Iliopoulos-Maiani_mechanism. Consultáu 'l 13 de payares de 2016. 
  23. Por que un fermión emita una partícula y conseve la so condición de spin semientero amás de caltener globalmente'l spin total antes y dempués de la interacción necesariamente tien que ser enteru: ½→1+ -½
  24. 24,0 24,1 K.A. Olive et al. (Particle Data Group). «Electroweak model and constraints on new physics» (inglés). Consultáu'l 9 d'ochobre de 2016.
  25. K.A. Olive et al. (Particle Data Group). «The Review of Particle Physics» (inglés). Consultáu'l 25 de setiembre de 2016. «The weak interactions, on the other hand, violate C and P in the strongest possible way. For example, the charged W bosons couple to left-handed electrons, and to their CP-conjugate right-handed positrons, but to neither their C-conjugate left-handed positrons, nor their P-conjugate right-handed electrons.»
  26. K.A. Olive et al. (Particle Data Group). «Grand Unified Theories» (inglés). Consultáu'l 9 d'ochobre de 2016.

Bibliografía[editar | editar la fonte]

Modelo estándar de la física de partículas