|
Las partículas y las fuerzas
Los fermiones: quarks y leptones
Los bosones: portadores de fuerzas
Las teorías de gran unificación
La teoría del Todo
Las partículas virtuales
La era de Planck y la inflación
La era de Planck
La era inflacionaria
La homogeneidad del Universo
La planitud del Universo
La aparición de la materia y la
bariogénesis
La evolución de la materia
El confinamiento de los
quarks y la era hadrónica
El desacoplamiento de
los neutrinos y la era leptónica
La nucleosíntesis primordial
La recombinación y la radiación
fósil
Las fluctuaciones de
densidad primordiales
Algunas curiosidades
La dualidad onda-partícula
La paradoja EPR y la no
separabilidad
El ajuste de las constantes fundamentales
El gato de Schrödinger
Los universos paralelos
Los fermiones: quarks y leptones
Varios métodos independientes han mostrado que el Universo sólo existe desde
hace
13,7 mil millones de años. En aquella época remota, sus propiedades eran
muy diferentes. En efecto, como el Universo está en
expansión, su densidad de
materia y su densidad de energía están en baja constante, lo que se traduce en
una disminución de la temperatura media. Así pues, cuanto más lejos se remonta
en el tiempo, más grande era la densidad del Universo y más elevada su
temperatura media.
En consecuencia, los primeros tiempos del Universo están caracterizados por
temperaturas y energías extraordinarias, condiciones que para nosotros es
imposible recrear sobre la Tierra. Nuestra única esperanza consiste entonces en
tratar de extrapolar las leyes de la física que podemos observar en los
aceleradores de partículas en estas condiciones extremas. Para comprender las
fases primordiales del Universo, debemos, pues, comenzar con un pequeño rodeo
rápido del lado de la física de las partículas.
Los quarks
Hasta la mitad del siglo pasado, la física de las partículas era relativamente
simple. Las únicas partículas elementales conocidas eran el electrón, el protón,
el neutrón y el neutrino. Pero el mejoramiento de los medios de detección han
permitido poner en evidencia la existencia de un número increíble de partículas
diferentes. Esto sugería la existencia de partículas aún más elementales cuyas
diferentes combinaciones podían explicar este gran número.
Los progresos teóricos en los años sesenta condujeron a los físicos a la
conclusión de que protones y neutrones eran, de hecho, sistemas complejos que poseían
una estructura interna, y constituidos de partículas más elementales que llamaron
quarks. Estos trabajos mostraron que debían existir seis tipos de quarks que
fueron llamados: up (arriba), down (abajo), charm (encanto), strange (extraño),
top (cima) y bottom (fondo).
Conjuntos de quarks: los hadrones
En condiciones ordinarias, los quarks no existen en estado aislado, se les
encuentra sólo asociados en pequeños grupos llamados hadrones.
Tres quarks pueden agruparse para formar lo que se llama un barión, en
particular los dos bariones que constituyen los núcleos de los átomos: el protón,
formado de dos quarks up (arriba) y un quark down (abajo), y el neutrón,
constituido de dos quarks down y un quark up.
El otro tipo de combinación posible es el mesón, formado de un quark y un
antiquark. De modo general, los bariones y mesones son colectivamente
designados bajo el nombre de hadrones.
Los leptones
Además de los quarks, se encuentra una segunda categoría de partículas
elementales: los leptones. Los dos ejemplos más conocidos son el electrón y el
neutrino. El electrón es una partícula de carga negativa que ayuda a los
protones y neutrones a formar átomos. El neutrino es una partícula que
interactúa muy poco con la materia ordinaria.
Los progresos experimentales y teóricos permitieron poner en evidencia otros
cuatro tipos de leptones: dos versiones más masivas de electrón llamadas muón y
tauón, así como otros dos tipos de neutrinos asociados. Estos cuatro leptones no
intervienen en la materia ordinaria, sólo aparecen en procesos muy energéticos,
por ejemplo, en los aceleradores de partículas.
Las partículas elementales según el modelo estándar: seis tipos de quarks y
seis tipos de leptones. Las doce partículas se asocian en tres generaciones,
cuya primera incluye las partículas de la materia ordinaria: quarks up y down,
electrón y neutrino. El diagrama indica también la masa, la carga eléctrica y el
espín (una propiedad cuántica de las partículas introducida en los años veinte).
Todas las partículas más arriba se reagrupan bajo el nombre genérico de
fermiones. Crédito:
Wikimedia Commons
Tras esta breve descripción, pasamos a lo que crea las interacciones entre las
partículas: las fuerzas. |