El Modelo Estándar (ME) de Partículas es una teoría de campos cuánticos basada en el conjunto gauge de simetrías que estudia las partículas e relaciones primordiales. La relación de 2 partículas, por medio de los campos que originan, puede interpretarse tomando en cuenta que las dos partículas cambian una tercera partícula, llamada partícula portadora de la relación. El ME aborda 3 de las 4 interrelaciones que se piensan primordiales, la electromagnética, débil y fuerte. Ya que los procesos son cuánticos, la gravedad tiene una magnitud despreciable al ser comparada con las otras relaciones y existe el problema de una teoría cuántica gravitatoria congruente con el ME.
El Modelo Estándar recoge todo el razonamiento de hoy en física de partículas, incluye la teoría de relación fuerte (cromodinámica cuántica o QCD) y la teoría unificada de relaciones débil y electromagnética (electrodébil). La gravedad está incluida en este poster pues es una de las colaboraciones primordiales, a pesar de no ser parte del Modelo Estándar.
Postula la vida de 2 clases de partículas indivisibles de la materia: quarks y leptones, que en las proporciones correctas tienen la posibilidad de constituir cualquier átomo y por consiguiente cualquier tipo de materia en el mundo. Postula además la vida de otro conjunto de partículas primordiales, los bosones de gauge, que trabajan como portadores de las fuerzas primordiales. Los tipos Z y W son portadores de la fuerza débil; el fotón, de la fuerza electromagnética; y el gluón, de la fuerza fuerte. Existe además otro bosón, el bosón de Higgs, responsable del origen de la masa de las partículas necesarias. El modelo estándar ha conseguido unir en una sola teoría el impacto de 3 de estas fuerzas primordiales de la naturaleza: electromagnética, intenso y débil. En la actualidad se está tratando realizar la unificación completa de las 4 fuerzas primordiales, que integre además la relación gravitatoria, sin embargo aún no se ha logrado un resultado satisfactorio.
Diversos tipos de quarks y de leptones conforman los protones y los neutrones. El leptón más habitual es el electrón. El modelo estándar comprende 17 tipos de partículas primordiales de los cuales 6 son quarks (arriba, debajo, encanto, extraño, cima y fondo), 6 leptones (electrón, muón, tauón, neutrino electrónico, neutrino muónico y neutrino tauónico), 4 bosones de gauge (fotón, bosón Z, bosón W, gluón) y el bosón de Higgs. A todas estas partículas le corresponde una antipartícula, que una vez que se hallan juntas en los procesos apropiados interaccionan destruyéndose y generando otras partículas.
Fermión: Partícula elemental llamada de esta forma en honor a Fermi, de espín semientero, considerada constituyente principal de la materia en el modelo estándar de la física de partículas siendo la otra el bosón. Los fermiones necesarias se parten en 2 conjuntos: quarks y leptones. Hay partículas compuestas formadas por 3 quarks, y espín semientero a las que se denomina bariones. Los bariones por sus propiedades son considerados fermiones compuestos. Ejemplo de fermión compuesto son el protón y el neutrón.
Los quarks son fermiones, conforman con los leptones la materia ordinaria, y experimentan las 4 fuerzas primordiales. Hay 6 tipos diversos de quarks: arriba (u), debajo (d), encanto (c), extraño (s), cima (t) y fondo (b). Todos ellos poseen carga eléctrica 1/2, número bariónico 1/3 y espín 1/2. Hay además sus que corresponden antipartículas llamadas antiquarks. El quark no está aislado en la naturaleza, sino conformando partículas compuestas denominadas genéricamente hadrones.
Leptón: nombre genérico de una partícula elemental, de espín 1/2, y de masa inferior a la del mesón, de la cual hay 6 tipos: electrón, muón y tauón, con carga eléctrica unitaria negativa, y neutrino electrónico, neutrino muónico y neutrino tauónico, eléctricamente neutros, así como sus antipartículas. Su espín tiene 2 estados en los 3 primeros correspondientes a su doble helicidad, y solo uno en los neutrinos. Es un fermión y constituye con el quark la materia ordinaria. Experimenta las fuerzas electromagnética, débil y gravitatoria, sin embargo no la fuerte. El electrón es una ejemplificación común del leptón.
Neutrino: Partícula elemental del tipo de los leptones, de espín 1/2, y carga nula. Del Modelo estándar se deriva que tiene que tener masa, sin embargo aún no se ha conseguido medir. Experimenta las fuerzas débil y gravitatoria. Hay 3 tipos de neutrinos, asociados a todas las familias leptónicas, conocidos por los nombres neutrino electrónico, neutrino muónico y neutrino tauónico de símbolos ve, vμ y vτ respectivamente y otros 3 que corresponden a sus antipartículas.
Bosón: Denominado de esta forma en honor al físico Chandra Bose, pertenece a los 2 tipos básicos de partículas primordiales de la naturaleza junto con el fermión. Se caracteriza por tener un número de espín completo o nulo, y actuar conforme con la estadística de Bose-Einstein. Los denominados bosones de gauge, que son los propiamente primordiales, integran fotones, gluones y bosones W y Z. Son portadores de las interrelaciones primordiales del modelo estándar. Otros bosones son el de Higgs y el aún hipotético gravitón.
Los 4 tipos de fuerzas mencionados mantienen ligados a los constituyentes de la materia. El electromagnetismo, la relación débil y la relación profundo transmiten la fuerza de alianza por medio de el trueque de bosones. La gravedad, como se dijo está fuera de los postulados del modelo estándar.
Los intentos de describir la gravedad con las hipótesis del modelo estándar definen una partícula, el gravitón, como portador de la fuerza de la gravedad. Su validez no está confirmada experimentalmente. No obstante, ya que la gravitación tiene importancia solamente en distancias bastante por arriba del radio atómico, se puede al mismo tiempo usar el modelo clásico para la gravedad, y el modelo estándar para las demás 3 fuerzas sin que las dos teorías entren en problema.
Gravitón: Partícula elemental hipotética, cuya realidad se ha postulado para describir la relación gravitatoria. Pertenece al tipo de los bosones. Debe tener masa en reposo y carga nulas, y espín 2. Su antipartícula podría ser ella sola. Su signo es g.
La fuerza electromagnética actúa entre partículas con carga eléctrica. Incluye la fuerza electrostática, que actúa entre cargas en reposo, y el impacto combinado de las fuerzas eléctrica y magnética que trabajan entre cargas que se mueven una en interacción a la otra. Tiene un campo de acción teóricamente infinito, sin embargo es menos importante cuanto más grande es la distancia al producirse la abolición por los efectos de las cargas opuestas. Aunque los fenómenos eléctricos y magnéticos fueron vigilados a partir de la antigüedad, es desde 1800 una vez que los científicos encuentran que la electricidad y el magnetismo son 2 puntos primordiales de la misma relación. En 1905, en la teoría de la relatividad particular, Einstein explica el impacto fotoeléctrico al teorizar que la luz se transmite además a modo de cuantos, que ahora llamamos fotones.
Fotón: partícula elemental correspondiente al tipo de los bosones caracterizada por tener masa y carga eléctrica nulas, espín igual a 1 y helicidad +/- h, siendo h la constante de Plank. Viaja en el vacío a la rapidez de la luz, es el cuanto elemental de la energía electromagnética, y es portadora de esa relación. Su energía es hν, siendo ν la frecuencia de la onda vinculada, Su antipartícula es ella. Su signo es γ
La fuerza nuclear fuerte posibilita unirse a los quarks para conformar hadrones. Dichos son portadores de un tipo de carga, llamada carga de color, de distinta naturaleza a la carga eléctrica. El radio de acción de la relación fuerte es mucho más diminuto que el de la gravedad y que el del electromagnetismo; únicamente se les aprecia a bastante cortas distancias como por ejemplo el radio del núcleo; su fuerza no obstante es mucho más fuerte que las otras fuerzas. Conforme el modelo estándar, la partícula mediadora de esta fuerza es el gluón.
La interacción fuerte entre los quarks de los protones y neutrones que conforman los átomos explica la fuerza de atracción entre estas 2 partículas dentro del núcleo atómico. gracias a la carga positiva de los protones, para que éstos estén estables en el núcleo debía existir una fuerza más grande que la electromagnética para retenerlos. Esta se debería a la fuerza fuerte por medio de parejas de quark-antiquark.
Gluón: Partícula elemental del tipo de los bosones portadora de la relación nuclear fuerte. No tiene masa ni carga eléctrica, sin embargo sí carga de color, por lo que también de transmitir esta fuerza además la experimenta. Al igual que el fotón, tiene espín 1. Al igual que los quarks, los gluones poseen carga de color, que es dependiente del cambio de color de los quarks. Hay tipos de gluones cuya antipartícula es el mismo y otros que no.
Conforme el modelo estándar, la relación débil es mediada por los bosones W+ , W- y Z0 que son partículas de masa subjetivamente alta. Su magnitud es menor que la magnitud de la relación electromagnética y su alcance es menor que el de la fuerza fuerte. Al igual que las interacciones fuerte y la gravitatoria esta es una fuerza de atracción.
Bosón W: Partícula elemental del tipo de los bosones, portadora de la relación débil, con carga eléctrica positiva, masa bastante enorme respecto a la de otras partículas primordiales y espín 1. Se representa por W o W+. Su antipartícula es el antibosón W-. Uno de los procesos más relevantes en los cuales intervienen los bosones W es la desintegración beta, en la que un neutrón se convierte en un protón. W es la inicial de weak.
Bosón Z: Partícula elemental del tipo de los bosones de masa bastante alta respecto a la de otras partículas primordiales y de lapso de semidesintegración bastante corto, eléctricamente neutra, y de espín 1. Es portadora de la relación nuclear débil y actúa cambiando el sabor de los leptones y los quarks. Su antipartícula es ella sola. Z es la inicial de zero por su carga eléctrica nula.
Bosón de Higgs: Partícula elemental, nombrada de esta forma en honor al físico del Reino Unido Peter Higgs, con masa, sin espín, carga eléctrica ni color. Constituye el cuanto de un campo escalar que se alarga a todo el espacio y transfiere masa a las distintas partículas al interaccionar con ellas. Bastante desequilibrado, con lapso de semidesintegración del orden del zeptosegundo. La anti-partícula del bosón de Higgs es él mismo.
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