Cuando un modelo es estándar (3/3)


Con esta entrada cerramos el ciclo sobre introducción básica al modelo estándar. Las entradas relacionadas son:

Cuando un modelo es estándar (1/3)

Cuando un modelo es estándar (2/3)

Está claro que con estas entradas no hemos dicho mucho, nos hemos quedado en la superficie, y posiblemente no hemos abarcado todos los puntos interesantes de esta teoría física.  Sin embargo, el objetivo era presentar de forma breve, concisa y lo más precisa posible en términos llanos esta teoría, con sus luces y sombras.

Interacciones en el modelo estándar:

Una de las maravillas de esta teoría es que nos proporciona directamente, es decir, no están puestas a mano, las interacciones entre los distintos tipos de partículas.  El electromagnetismo, la interacción débil y la interacción fuerte vienen descritas de forma natural por la teoría simplemente exigiendo que lanaturaleza satisfaga ciertas simetrías.  Estas son simetrías gauge, y hacen referencia a la independencia de cad

a observador de elegir la forma de definir el estado cuántico de una partícula.  Si exigimos que la física sea consistente independientemente de la forma de definir ciertos parámetros dependientes del observador eso hace que aparezcan las interacciones.

La forma en la que aparecen dichas interacciones es bajo el intercambio de partículas mensajeras de la interacción (en la versión divulgativa más extendida que estamos discutiendo en No leas esta entrada).  Estas partículas son bosones, tienen espín entero, y son el fotón para el electromagnetismo, los bosones W y Z para la interacción débil y los gluones para la interacción fuerte.

 El problema es que la teoría cuántica de campos que nos da las interacciones nos dice que los bosones mensajeros no tienen masa, de hecho no pueden tenerla para que la teoría tenga la simetría exigida (simetría gauge).  Pero resulta que los bosones W y Z tienen masa (y de hecho una masa respetable).

 Para que estas partículas tengan masa y explicar que el fotón no la tiene se ha de introducir un mecanismo tal que genere masa y satisfaga la condición de simetría.  El modelo o mecanismo más popular, como ya hemos comentado, es introducir a mano un campo nuevo, el campo de Higgs.  La teoría cuántica asociada nos dice que tiene que existir un bosón asociado a este campo, el bosón de Higgs.  Gracias a la existencia de esta partícula se puede entender por qué unos bosones mensajeros tienen masa y otros no.  Sin embargo, aún no hemos detectado este bosón y eso hace que aún no sepamos como se genera masa en el modelo estándar.

 El LHC

En los aceleradores de partículas testeamos las teoría sobre las partículas y sus interacciones.  Desde su origen, estos instrumentos nos han confirmado que el modelo estándar es una teoría excelente (sin contar con sus problemillas).  Sin embargo con el LHC vamos a tener la opción de mirar energías muy elevadas, y dichas energías nos permitirán ver los límites en los que el modelo estándar debería de dejar de ser válido.

Para empezar, el LHC tiene que ver necesariamente la existencia de la partícula de Higgs.  De no verse, los teóricos deberán de encontrar otro modo de explicarla masa de las partículas.  También sería posible ver supersimetría, esta teoría nos dice que por cada bosón existe un fermión compañero, lo que se llama el supercompañero.  Sin embargo, hoy por hoy no vemos estos supercompañeros, porque su masa ha de ser mucho mayor que su compañero que vemos ahora mismo.  Por ejemplo, el electrón tendría un supercompañero llamado s-electrón.

Vemos electrones, pero no s-electrones, el LHC debería de ver esta clase nueva de partículas.  Además, que la existencia de  estas partículas supersimétricas con esenciales para que el mecanismo de Higgs funcione.  De encontrar el Higgs, pero no encontrar la supersimetría tendríamos un maravilloso problema teórico.

Esperamos que la introducción haya sido de vuestro interés.

Nos seguimos leyendo…

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6 Respuestas a “Cuando un modelo es estándar (3/3)

  1. Pingback: Guía sobre partículas, modelo estándar y Higgs | Cuentos Cuánticos

  2. ¿En algún minicurso podías explicar matemáticamente como la exigencia de las simetrias gauge lleva a la existencia de las interacciones?
    Gracias!

  3. !Excelente sintesis!

  4. Dos preguntas, ¿que es la simetria de gauge? y ¿porque no vemos los supercompanero? ¿tienes vidas muy cortas?

    Gracias!

    • La simetría gauge es algo sutil sobre la que estamos intentando montar una entrada pero todos los intentos nos quedan muy técnicos. Brevemente las ideas principales son:

      – Las simetrías son transformaciones que dejan las leyes físicas con la misma forma antes y después de transformarlas.
      – Existen simetrías espaciotemporales, las que están asociadas a qué pasa cuando efectuamos rotaciones, cambios del punto de referencia espacial, o cambios de la referencia temporal. Y otras simetrías que tocan características internas de los campos físicos o las partículas, que no están ligadas al espaciotiempo (véase el caso del isospín).
      – Las simetrías gauge son del tipo de simetrías internas (no relacionadas con características espaciotemporales)
      – En general se sabe que si tenemos una simetría tenemos una cantidad conservada, esto es cierto para las simetrías espaciotemporales.
      – Las simetrías gauge (locales, discutiremos esto con mayor profundidad en la entrada correspondiente) no introducen cantidades conservadas, su efecto es introducir interacciones entre los campos de materia.

      En principio, dado que hablamos de una simetría entre partículas y superpartículas compañeras deberían de tener la misma masa. El hecho de que no las veamos implica que los supercompañeros tienen que tener una masa mucho mayor que las partículas que vemos. Eso hace que a nuestra escala sean inestables y decaigan en otras partículas ligeras. Esto es debido a eso que llaman los físicos, rotura de la simetría. Se dice que la simetría está rota. El problema es que la simetría deja de ser tal a una determinada escala de energía, si superamos esa energía la simetría se restaura. Es por eso que tenemos que buscar formas de hacer experimentos de muy altas energías para ver si esas cosas existen o no.

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