{"id":146,"date":"2017-12-20T10:30:22","date_gmt":"2017-12-20T09:30:22","guid":{"rendered":"https:\/\/bloggy.ific.uv.es\/bloggy\/?p=146"},"modified":"2017-12-20T10:34:33","modified_gmt":"2017-12-20T09:34:33","slug":"sobre-la-estructura-del-modelo-estandar-i-particulas-y-familias","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/bloggy.ific.uv.es\/bloggy\/index.php\/2017\/12\/20\/sobre-la-estructura-del-modelo-estandar-i-particulas-y-familias\/","title":{"rendered":"Sobre la estructura del Modelo Est\u00e1ndar (I): Part\u00edculas y familias"},"content":{"rendered":"

Por alguna raz\u00f3n la Naturaleza parece replicar sus componentes m\u00e1s fundamentales.<\/span>\u00a0Por alguna raz\u00f3n la Naturaleza parece replicar sus\u00a0componentes m\u00e1s fundamentales.<\/span>\u00a0Por alguna raz\u00f3n la Naturaleza parece replicar sus componentes\u00a0m\u00e1s fundamentales.<\/span> Resulta extra\u00f1o, \u00bfverdad?<\/p>\n

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Todo empez\u00f3 durante los a\u00f1os 30, cuando Carl D. Anderson descubre el positr\u00f3n. El positr\u00f3n hab\u00eda sido\u00a0predicho, a\u00f1os antes, por Paul Dirac. La predicci\u00f3n y posterior descubrimiento del positr\u00f3n fueron todo un\u00a0hito en la f\u00edsica, ya que supuso el descubrimiento de la antimateria y el establecimiento de la teor\u00eda de Dirac\u00a0como paradigma de la f\u00edsica cu\u00e1ntica relativista. Es un ejemplo de ideal de funcionamiento del m\u00e9todo cient\u00edfico: una nueva teor\u00eda capaz de explicar los fen\u00f3menos conocidos nos ofrece una predicci\u00f3n\u00a0caracter\u00edstica (la existencia de antimateria, entre otros) que, pocos a\u00f1os despu\u00e9s, \u00a1se encuentra en un\u00a0laboratorio! Este incre\u00edble hecho les vali\u00f3 a Dirac y Anderson ser merecedores del Premio Nobel de f\u00edsica en\u00a0los a\u00f1os 1933 (junto a Erwin Schr\u00f6dinger) y 1936 (junto a Victor Franz Hess), respectivamente.<\/p>\n

Con este descubrimiento y junto al recientemente descubierto neutr\u00f3n (James Chadwick, 1932), los f\u00edsicos\u00a0cre\u00edan dominar casi a la perfecci\u00f3n la f\u00edsica de part\u00edculas. Motivados por el descubrimiento del positr\u00f3n, la existencia de antimateria se hab\u00eda demostrado y tan solo faltaban dos piezas para completar<\/em> la f\u00edsica: el\u00a0antiprot\u00f3n (tambi\u00e9n predicho por Dirac) y el antineutr\u00f3n.<\/p>\n

Inspirados por el descubrimiento de los rayos c\u00f3smicos (Victor Franz Hess, 1912), algunos f\u00edsicos\u00a0empezaron a buscar nuevas part\u00edculas en el cielo. Entre ellos, de nuevo Anderson junto a su estudiante Seth H. Neddermeyer buscaron en las cascadas<\/em> producidas cuando un rayo c\u00f3smico (\u00a1cuyo origen y composici\u00f3n\u00a0a\u00fan se desconoc\u00eda!) colisiona con las part\u00edculas de la atm\u00f3sfera. El m\u00e9todo de detecci\u00f3n, incre\u00edblemente \u00fatil y barato, se basaba en las recientemente dise\u00f1adas c\u00e1maras de niebla. Cuando una part\u00edcula cargada atraviesa\u00a0la c\u00e1mara produce una perturbaci\u00f3n que ioniza el vapor de alcohol que contiene creando, a su paso, una\u00a0traza de condensaci\u00f3n f\u00e1cilmente observable.<\/p>\n

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Cascada de part\u00edculas producida por la interacci\u00f3n de un rayo c\u00f3smico con la atm\u00f3sfera. Fuente: http:\/\/physicsopenlab.org<\/figcaption><\/figure>\n

En 1936, Anderson y Neddermeyer usaron un campo magn\u00e9tico junto a su c\u00e1mara de niebla para medir el\u00a0observable e\/m (cociente entre la carga el\u00e9ctrica y la masa de la part\u00edcula) de las part\u00edculas producidas en las cascadas. Sorprendentemente, encontraron una part\u00edcula con un cociente e\/m mayor que en el caso de un\u00a0prot\u00f3n pero considerablemente menor que para los electrones. Adem\u00e1s, observando la ionizaci\u00f3n que\u00a0produc\u00edan estas part\u00edculas en una placa de plomo concluyeron que ten\u00edan la misma carga que los electrones.\u00a0Sin duda, todo apuntaba a la existencia de una nueva part\u00edcula. Debido a su masa (alrededor de una octava\u00a0parte de un prot\u00f3n) Anderson y Neddermeyer sugirieron que se trataba de unas part\u00edculas predichas, en 1935,\u00a0por el f\u00edsico japon\u00e9s Hideki Yukawa. No obstante, un escrupuloso estudio de las interacciones de estas\u00a0nuevas part\u00edculas mostr\u00f3 que no sufr\u00edan<\/em> la interacci\u00f3n fuerte y, por tanto, se trataba de una nueva part\u00edcula\u00a0parecida al electr\u00f3n pero m\u00e1s pesada, el mu\u00f3n.<\/p>\n

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En una c\u00e1mara de niebla podemos observar la trayectoria de las part\u00edculas que la atraviesan<\/figcaption><\/figure>\n

Un descubrimiento de este tipo, una nueva part\u00edcula fundamental, es el sue\u00f1o de todo f\u00edsico de part\u00edculas\u00a0actualmente. En aquella \u00e9poca, no obstante, fue recibido con una mezcla de entusiasmo y recelo. No es para menos, en lugar de afianzar y completar<\/em> nuestro conocimiento sobre el zoo<\/em> de las part\u00edculas elementales<\/a>, este\u00a0descubrimiento nos mostraba la realidad: la naturaleza replica sus componentes m\u00e1s fundamentales.<\/p>\n

\u00bfQue significa replicar en este contexto? Analizando el mu\u00f3n, los f\u00edsicos se dieron cuenta que salvo por su\u00a0masa mucho mayor (alrededor de 200 veces mayor), el resto de sus propiedades son an\u00e1logas a las de los\u00a0electrones. El mismo Isidor I. Rabi (Premio Nobel en 1944) dijo, al enterarse del descubrimiento del mu\u00f3n,\u00a0\u201cWho ordered that?\u201d<\/em> mostrando la confusi\u00f3n que esta nueva part\u00edcula produc\u00eda en la comunidad f\u00edsica, que\u00a0cre\u00eda estar a punto de controlar por completo la f\u00edsica de part\u00edculas.<\/p>\n

Sucesivos descubrimientos, durante las d\u00e9cadas de los 50 a los 70 (incluyendo decenas de nuevos hadrones,\u00a0que posteriormente ser\u00edan explicados por el modelo de quarks de Murray Gell-Mann y George Zweig) culminaron con el descubrimiento de las \u00faltimas piezas del puzzle, el quark top y el neutrino tau, en 1995 y\u00a02000, respectivamente. Junto con el bos\u00f3n de Higgs, descubierto en 2012, estas \u00faltimas piezas completan el Modelo Est\u00e1ndar de f\u00edsica de part\u00edculas, nuestra teor\u00eda m\u00e1s fundamental.<\/p>\n

El Modelo Est\u00e1ndar contiene todos los fermiones elementales conocidos divididos en quarks y leptones, en\u00a0funci\u00f3n de si experimentan o no la interacci\u00f3n fuerte. Aunque nuestra teor\u00eda fundamental merece una entrada por s\u00ed misma, lo que queremos resaltar aqu\u00ed es su clara estructura en familias (o generaciones). Por un lado\u00a0tenemos la primera familia, la m\u00e1s ligera, que contiene los quarks up (u) y down (d) junto con los leptones: electron (e) y neutrino electr\u00f3nico (\u03bde<\/sub>). Misteriosamente, como hemos dicho, la Naturaleza replica este\u00a0patr\u00f3n. As\u00ed, tenemos una segunda y una tercera familia con masas mucho mayores.<\/p>\n

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Estructura de familias (generaciones) del Modelo Est\u00e1ndar. Fuente: sureshemre.wordpress.com<\/figcaption><\/figure>\n

Hay que destacar que el mundo al que estamos acostumbrados, todo aquello cotidiano, est\u00e1 compuesto\u00a0\u00fanicamente por part\u00edculas de la primera familia: los \u00e1tomos que forman nuestras mol\u00e9culas tienen protones, neutrones y electrones, que se forman con quarks u, quarks d y electrones. Adem\u00e1s sabemos, gracias a\u00a0multitud de experimentos, que las part\u00edculas formadas por quarks (hadrones) de la segunda y tercera familia,\u00a0y los leptones correspondientes a estas familias son inestables y se desintegran de forma r\u00e1pida en fermiones\u00a0de la primera familia. Resulta, por tanto, caprichosa esta aparente replicaci\u00f3n.<\/p>\n

Aunque hace m\u00e1s de 80 a\u00f1os desde el descubrimiento de la replicaci\u00f3n de la materia y casi 20 del\u00a0afianzamiento de la marcada estructura en familias del Modelo Est\u00e1ndar, su origen sigue siendo un misterio. En la actualidad esta estructura es un problema abierto que, por su dificultad y por nuestro desconocimiento\u00a0de los componentes m\u00e1s \u00edntimos de la Naturaleza, merece mayor atenci\u00f3n te\u00f3rica y experimental. Para terminar, estoy seguro de que si Rabi hubiese sabido de esta marcada estructura habr\u00eda cambiado el famoso\u00a0\u201cWho ordered that?\u201d<\/em> por un \u201cWhy does Nature repeat itself?\u201d<\/em>.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

Los fermiones del Modelo Est\u00e1ndar se clasifican en tres familias, con propiedades id\u00e9nticas. \u00bfPor qu\u00e9 es esto as\u00ed? Esta cuesti\u00f3n sigue sin respuesta hoy en d\u00eda y constituye uno de los mayores misterios en la f\u00edsica de part\u00edculas actual.<\/p>\n","protected":false},"author":49,"featured_media":0,"comment_status":"open","ping_status":"open","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":[],"categories":[6],"tags":[22,21,23,20],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/bloggy.ific.uv.es\/bloggy\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/146"}],"collection":[{"href":"https:\/\/bloggy.ific.uv.es\/bloggy\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/bloggy.ific.uv.es\/bloggy\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/bloggy.ific.uv.es\/bloggy\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/users\/49"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/bloggy.ific.uv.es\/bloggy\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=146"}],"version-history":[{"count":4,"href":"https:\/\/bloggy.ific.uv.es\/bloggy\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/146\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":161,"href":"https:\/\/bloggy.ific.uv.es\/bloggy\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/146\/revisions\/161"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/bloggy.ific.uv.es\/bloggy\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=146"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/bloggy.ific.uv.es\/bloggy\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=146"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/bloggy.ific.uv.es\/bloggy\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=146"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}