Achegándonos ao LHC

INICIO CERN LHC FÍSICA NO LHC DETECTORES MODELO ESTÁNDAR EDUCACIÓN LIGAZÓNS NOVAS E MÁIS GLOSARIO

NOVAS: Siga as novas...

 MODELO ESTÁNDAR
 


O Modelo Estándar de Física de Partículas é a mellor teoría que os físicos teñen actualmente para describir os bloques fundamentais do edificio do universo. É un dos logros máis grandes da ciencia do século XX.

O Modelo Estándar describe o universo usando 6 quarks, 6 leptóns e algunhas partículas “portadoras da forza”. Hai catro forzas coñecidas (ou interaccións), cada unha mediada por unha partícula fundamental, coñecida como partícula intermediaria ou portadora. Tres delas son os fotóns (inter-acción electromagnética), gravitóns  (interacción gravitatoria), e os gluóns  (interacción forte) que non teñen ningunha masa, mentres que as partículas W± e , portadoras da forza feble teñen unha masa de 80-90 GeV/c2. 

A Gravidade é incluída soamente no Modelo Estándar como hipótese especulativa, pois os gravitóns no se teñen observados directamente aínda.


 

A enerxías moi altas e a escalas moi pequenas as interaccións forte, electromagnética e feble chegan a ser case idénticas, pero a converxencia é imperfecta.

As forzas electromágneticas e gravitacionais varían con o cadrado inverso da distancia e teñen alcance infinito. Sen embargo as forzas nucleares fortes e febles son de moi curto alcance.

No caso da forza feble, ese curto alcance ten que ver coa enorme masa das partículas portadoras da forza. No caso da forza forte, a razón do curto alcance débese ao seu especial comportamento que fai que aumente asintóticamente coa distancia. Polo tanto, segundo aumente a distancia están implicadas enerxías cada vez maiores.

As partículas que "sinten" a forza nuclear forte chámanse hadróns, mentres que as que non a sinten son os leptóns.  Os hadróns  fórmanse por unión de partículas máis elementais chamadas quarks, mentres que os leptons considéranse como partículas sen estrutura e polo tanto verdadeiramente elementais.

Hai seis tipos (tamén chamados “sabores”) de quarks e de leptóns (ver táboa).

Os leptóns  poden existir illados pero os quarks se asocian sempre en tríos (barións) ou en parellas quark-antiquark (mesóns). Os protóns e os neutróns son os barións  mais coñecidos, e pións  e kaóns son mesóns.

Os quarks existen soamente dentro dos hadróns onde están confinados pola forza forte. Polo tanto, non podemos medir a súa masa illándoos. Esta é unha característica nova e radical da forza forte (coñecida como liberdade asintótica dos quarks), que como xa se apuntou máis arriba ven a dicir que se segundo separemos dous quarks máis aumenta a atracción entre eles, e de aí que no podan ser aillados. Esta teoría foi desenvolvida por Gross, Wilczek e Politzer pola que recibiron o premio Nobel ano ano 2004.


Por outra parte, todas as partículas clasifícanse como fermións ou bosóns. A diferenza entre elas é debida ao valor do seu spin.


Fermión: nome para unha partícula compoñente da materia, caracterizada por un spin fraccionario do momento angular intrínseco en unidades de h/2π (1/2, 3/2, 5/2...), sendo o nome unha homenaxe ao físico italiano Enrique Fermi. Os quarks, leptóns e barións son todos fermións.

Dous fermións  non poden ocupar o mesmo estado cuántico simultaneamente. Obedecen, pois, á estatística de Fermi-Dirac. "Opóñense" a ser situados perto un do outro. Xa que logo, os fermións  posúen "rixidez" e de aí vanse derivar todas as propiedades macroscópicas da materia. Polo tanto, consi-déranse ás veces aos fermións como "partículas da materia".

O principio de exclusión de Pauli obedecido polos fermións é responsable da estabilidade dos electróns nos átomos (e polo tanto da estabilidade de toda a materia). Tamén é responsable da complexidade dos átomos (dada a imposibilidade de que todos electróns atómicos ocupen o mesmo nivel de enerxía), sendo asi a razón da complexidade química do universo. É tamén responsable de efectos tan espectaculares como a presión dentro da materia dexenerada que goberna en gran parte o estado de equilibrio das ananas brancas e das estrelas de neutróns.


 

Bosón: nome de calquera partícula cun spin (0, 1 , 2...) en unidades de h/2π do momento angular (en honor do físico indú S.N. Bose, que xunto con Einstein desenvolveu a estatística deste tipo de partículas).

En contraste cos fermións, varios bosóns  poden ocupar o mesmo estado cuántico. Así, os bosóns  coa mesma enerxía poden ocupar o mesmo lugar no espazo. Isto fai que sexan este tipo de partículas os que conforman os campos de forza, polo que as partículas portadoras de todas as interaccións son bosóns. Os mesóns son tamén bosóns.

Os únicos dous bosons no Modelo Estándar que deben aínda ser descubertos experimentalmente son o bosón de Higgs e o gravitón.

Cando ese estado cuántico común ocupado por bosóns é o fundamental obtense o chamado condensado de Bose_Einstein (BEC). Trátase dun estado con propiedades cuánticas que non ten análogo na Física clásica.

As características do LASER e do MASER, a superconductividade, as propiedades do Helio-4 superfluido y doutros condensados de Bose_Einstein son debido ás propiedades dos bosóns.




© Xabier Cid Vidal & Ramon Cid - rcid@lhc-closer.es  | SANTIAGO | Deseño orixinal de Gabriel Morales Rey