Hasta el modelo estándar y más allá… (parte II)


Continuamos el paseo por los problemas de la física de partículas que no pueden ser resueltas dentro del modelo estándar.  Esta entrada es continuación de la anterior:

Hasta el modelo estándar y más allá… (parte I)

Insisto, aquí no se están proporcionando respuestas basadas en teorías, simplemente tenemos una lista (quizás incompleta) de los problemas a los que nos enfrentamos.

El problema CP fuerte

Este es un problema curioso que tratamos en la entrada: Cuando demasiada simetría es un problema.  Simplificando mucho podemos decir lo siguiente:

– Cuando formulamos la teoría que describe el comportamiento de los quarks, la cromodinámica cuántica, esta nos dice que debería de existir de manera natural una diferencia entre materia y antimateria (técnicamente tenemos un término que violaría la simetría CP).  Sin embargo, experimentalmente sabemos que este efecto simplemente no está (el término de violación de CP es muy muy pequeño, experimentalmente compatible con un valor nulo).

Dentro del modelo estándar no podemos saber por qué esto es así. Por qué deberíamos de ver, según la teoría, una violación de la simetría materia-antimateria y luego experimentalmente no la vemos.

Materia-Antimateria

Lo dicho anteriormente sólo es un aspecto de un problema mayor. Nuestras teorías y experimentos nos dicen (con mayor o menor insistencia) que en el universo debería de existir la misma cantidad de materia que de antimateria. Sin embargo, a nuestro alrededor no vemos tal cosa.

Encontrar una explicación clara para esta pregunta es esencial para entender por qué nuestro universo es como es. Gracias a que la materia y la antimateria no se produjeron en igual número en nuestro universo primitivo podemos tener materia. Como sabemos la materia y la antimateria tienen la manía de desintegrarse cuando se encuentran una partícula con una de sus antipartículas. Si nosotros estamos aquí leyendo esto es porque hay algún mecanismo por el cual se produce un poco más de materia que de antimateria en los procesos físicos. En las entradas siguientes hay más datos al respecto: CP.

Diferencias de masas

¿Por qué el entre el electrón y el quark top hay una diferencia de masas de alrededor de 100000 unidades (en GeV)? No lo sabemos, que las partículas tengan masas comprendidas entre las de los neutrinos y el top no es algo que podamos deducir del modelo.

Es más, el modelo no predice ninguna masa de las partículas fundamentales. Hay que meter esos datos en el modelo después de haberlas medido experimentalmente.

Se espera que una teoría más allá del modelo estándar pueda predecir y explicar las masas de las partículas.

La intensidad de las interacciones

Tampoco sabemos a ciencia cierta por qué las interacciones del modelo, electromagnetismo, débil y fuerte, tienen diferentes intensidades. Sabemos que son diferentes, que unas son más intensas que otras pero no sabemos por qué.

También tenemos indicios de que las intensidades de las interacciones varían según a la energía a la que estemos experimentando.  De hecho, los físicos esperan que las interacciones sean de igual intensidad a una determinada energía lo que señalaría que todas las interacciones, en realidad, son la misma. Esto nos lleva al concepto de unificación.

Si graficamos las intensidades (constantes de acoplo) en función de la energía a la que estamos experimentando vemos como en determinado punto estas se cruzan. Lo que indican que hay unificación de las mismas. Sin embargo, para conseguir que se crucen las tres en un punto tenemos que ampliar el modelo estándar con supersimetría.

La constante cosmológica

Nuestro universo se está expandiendo y lo está haciendo aceleradamente. Según la relatividad general si el espaciotiempo están expandiéndose es porque hay una contribución energética que lo provoca.  En este caso suponemos que esta energía, también llamada energía oscura, debería de proceder de la energía del vacío del modelo estándar.

El problema no es menor porque la diferencia entre el valor predicho teóricamente para la constante cosmológica calculada en el modelo estándar y su valor experimental hay 123 órdenes de magnitud (es decir un 10^{23}).

Este es un problema muy grande en la física, nadie esperaba este comportamiento en el universo y por ahora no hay ninguna explicación satisfactoria.

Otros problemas

El modelo estándar no incorpora la gravedad.

Tenemos un entendimiento muy pobre de la interacción fuerte, especialmente en la formación de partículas como el protón y el neutrón.

No sabemos si hay un número de dimensiones mayores que 4.

¿Se verán miniagujeros negros en el LHC? ¿Qué implicaciones teóricas tendría esto?

Seguramente me habré dejado muchos problemas en el tintero pero creo que estas dos entradas reflejan las principales preguntas que motivan la búsqueda de modelos teóricos más amplios que el modelo estándar. Así que insistiremos, queda mucho por hacer, lo mismo eres tú el que tiene que contestar alguna de estas preguntas.

Nos seguimos leyendo…

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7 Respuestas a “Hasta el modelo estándar y más allá… (parte II)

  1. Pingback: ¿Es el bosón de Higgs una partícula elemental? | La Hora Cero

  2. Héctor de Jesús Monsalve Gómez

    El átomo es tridimensional en sus coordenadas comóviles X,Y,Z, que se manifiestan como materia, energía, espacio y tiempo. Pero existe una cuarta dimensión, llamada conciencia, a la que el ser humano, por medio de la reflexión, puede acceder.

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

  4. Me gusta este blog, pero veo errores de ortografía y gramaticales que “cantan” bastante. Sería deseable que se cuidara más este aspecto. Saludos.

    • Sería muy deseable, el problema es que las entradas se escriben en bloque y de una y no hay mucho tiempo para la revisión. Ya sé que no es excusa la falta de tiempo pero es el principal motivo. De vez en cuando revisito algunas entradas buscando errores pero no me da tiempo a todo. En cualquier caso, cualquier corrección al respecto sería muy agradecida.

      Muchas gracias 🙂

  5. Una vez le preguntaba a unas estudiantes muy brillante, con unos talentos espantosos, porque no se dedicaban a estudiar física y si querían estudiar informática. Yo pensé que me responderían que era por un problema económico, de trabajo. Pero con sus palabras me dijeron, que según se veía en los libros de física, a la física, ya no le quedaban muchos problemas interesantes que resolver y en la informática todos los días les presentaba retos interesantes.
    Esto esta dado por dos cuestiones: se presenta a la física didáctica de forma muy bonita y con todo redondeado o los problemas de las físicas se presenta de forma confusa y con cítricas inocentes, he infantiles. Quien quiere estudiar algo tan monótono.
    Al esconder nuestros problemas o enmascararlos en la bellas didácticas, estamos desmotivando a las mentes mas brillantes del planeta, a que descubran las leyes que no esconde celosamente la naturaleza. Se los estamos sirviendo en bandeja de plata a otras carreras. Hoy todas esas niñas son excelentes profesionales, pero ninguna estudio física.

  6. oscarrobertoernst

    Materia-antimateria

    Es más sencillo de lo que parece, pero es necesario sacar los prejuicios, y eso sí es difícil.
    No existe la antimateria organizada, y hay razón para que no suceda, además es obvio que no vemos nada que confirme lo contrario.
    Lo que existe es la antipartícula (anti-carga), que podemos decir que está en igualdad, el universo es neutro.

    Para entender el problema debemos partir de qué es un fotón, y este es el origen de las anti-cargas. Y quienes manejan un poco el asunto, saben que el fotón es en sí mismo una anti-carga (antipartícula), no hay anti-fotones.
    ¿Porqué un protón es un anti-carga de un electrón y no se aniquila?
    He visto muchos insultos a la inteligencia al respecto, tales como que electrón gira…
    No podemos hablar de un espacio tridimensional para un cuerpo o partícula, no hay cuerpos o partículas tridimensionales, es una idea abstracta, la de cuerpos tridimensionales.
    Al igual que el plano, no existe, cuando piensas físicamente en un plano, piensas en una mesa o un papel, el plano sin cuerpo es una idea abstracta, no física, igualmente no existe el cuerpo sin tiempo, es una idea abstracta, no física.
    Pero lo interesante es lo que dice Einstein: “, no hay enunciado más banal que el que afirma que nuestro mundo cotidiano es un continuo espacio-temporal cuadridimensional.
    … lo sobrecoge un misterioso escalofrío cuando oye hablar de objetos “cuatridimensionales” como si se tratara de conceptos ocultos. Y, sin embargo hay afirmación más trivial que decir que nuestro mundo es un espaciotiempo continuo cuatridimensional.”
    Entonces podemos ver, que la energía es, el lugar en la cuarta dimensión (esto no es invento mío sino de Minkowski) (aunque parece), como dice el profesor Fernández: “Su demostración en el espacio de Minkowski es elegante y simple, basada en que la cantidad de movimiento se transforma como las coordenadas (x, y, z) y la energía como el tiempo.”

    Lo cual traducido al problema protón-electrón, la masa (energía) es el lugar espacial diferente en la cuarta dimensión, con lo cual un electrón y un protón están en el mismo lugar (aparente) en la tridimensión, pero en distinto lugar espacial, en la cuarta dimensión, pero como si fuera poco esto resuelve el problema de la ubicación del electrón según la ecuación de Schrödinger, que es evidente que su mayor presencia es en el lugar del supuesto núcleo (cosa que es absurdo en un átomo tridimensional), porque el átomo no es, tridimensional ni concéntrico.

    Esta es una solución obvia, que indudablemente concuerda con la realidad (observación), la relatividad, y la evidencia de la teoría experimental de Schrödinger.

    Como no quiero seguir invadiendo el espacio (Blog), no seguiré con la imposibilidad de antimateria organizada, que es consecuencia de la estructura del universo (anti-cargas).

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