El Modelo Estándar de física de partículas contiene 12 sabores de fermiones elementales, más sus correspondientes antipartículas, así como bosones elementales que median las fuerzas y el bosón de Higgs, que se informó el 4 de julio de 2012, como probablemente detectado por los dos experimentos principales en el Gran Colisionador de Hadrones (ATLAS y CMS).(pp1–3) Sin embargo, el Modelo Estándar es ampliamente considerado como una teoría provisional en lugar de una teoría verdaderamente fundamental, ya que no se sabe si es compatible con la relatividad general de Einstein. Puede haber partículas elementales hipotéticas no descritas por el Modelo Estándar, como el gravitón, la partícula que llevaría la fuerza gravitacional, y las espartículas, socios supersimétricos de las partículas ordinarias.

Fermiones fundamentaleseditar

Los 12 fermiones fundamentales se dividen en 3 generaciones de 4 partículas cada una. La mitad de los fermiones son leptones, tres de los cuales tienen una carga eléctrica de -1, llamada electrón (
e−
), muón (
μ−
) y tau (
τ−
); los otros tres leptones son neutrinos (
ν
e,
ν
μ,
ν
τ), que son los únicos fermiones elementales sin carga eléctrica ni de color. Las seis partículas restantes son quarks (discutidas a continuación).

GenerationsEdit

MassEdit

The following table lists masas medidas actuales y estimaciones de masa para todos los fermiones, utilizando la misma escala de medida: millones de electrones-voltios en relación con el cuadrado de velocidad de la luz (MeV / c2). Por ejemplo, la masa de quarks más conocida es la del quark superior (
t
) a 172,7 GeV/c2 o 172 700 MeV/c2, estimada utilizando el esquema On-shell.

Estimates of the values of quark masses depend on the version of quantum chromodynamics used para describir las interacciones de quarks. Los quarks siempre están confinados en una envoltura de gluones que confieren una masa mucho mayor a los mesones y bariones donde ocurren los quarks, por lo que los valores de las masas de quarks no se pueden medir directamente. Dado que sus masas son tan pequeñas en comparación con la masa efectiva de los gluones circundantes, las ligeras diferencias en el cálculo hacen grandes diferencias en las masas.

Antipartículas

También hay 12 antipartículas fermiónicas fundamentales que corresponden a estas 12 partículas. Por ejemplo, el antielectrón (positrón)
e +
es la antipartícula del electrón y tiene una carga eléctrica de +1.

QuarksEdit

Los quarks y antiquarks aislados nunca han sido detectados, un hecho explicado por el confinamiento. Cada quark lleva una de las tres cargas de color de la interacción fuerte; los antiquarks también llevan anticolor. Las partículas cargadas de color interactúan a través del intercambio de gluones de la misma manera que las partículas cargadas interactúan a través del intercambio de fotones. Sin embargo, los gluones están cargados de color, lo que resulta en una amplificación de la fuerza fuerte a medida que se separan las partículas cargadas de color. A diferencia de la fuerza electromagnética, que disminuye a medida que las partículas cargadas se separan, las partículas cargadas de color sienten una fuerza creciente.

Sin embargo, las partículas cargadas de color pueden combinarse para formar partículas compuestas neutras de color llamadas hadrones. Un quark puede emparejarse con un antiquark: el quark tiene un color y el antiquark tiene el anticolor correspondiente. El color y el anticolor se anulan, formando un mesón neutro de color. Alternativamente, tres quarks pueden existir juntos, un quark es «rojo», otro» azul», otro»verde». Estos tres quarks de colores juntos forman un barión de color neutro. Simétricamente, tres antiquarks con los colores «antired», «antiblue» y «antigreen» pueden formar un antibarión de color neutro.

Los quarks también llevan cargas eléctricas fraccionadas, pero, dado que están confinados dentro de hadrones cuyas cargas son todas integrales, las cargas fraccionadas nunca se han aislado. Tenga en cuenta que los quarks tienen cargas eléctricas de +2⁄3 o -1⁄3, mientras que los antiquarks tienen cargas eléctricas correspondientes de -2⁄3 o +1⁄3.

La evidencia de la existencia de quarks proviene de la dispersión inelástica profunda: disparar electrones a los núcleos para determinar la distribución de la carga dentro de los nucleones (que son bariones). Si la carga es uniforme, el campo eléctrico alrededor del protón debe ser uniforme y el electrón debe esparcir elásticamente. Los electrones de baja energía se dispersan de esta manera, pero, por encima de una energía en particular, los protones desvían algunos electrones a través de grandes ángulos. El electrón en retroceso tiene mucha menos energía y se emite un chorro de partículas. Esta dispersión inelástica sugiere que la carga en el protón no es uniforme, sino dividida entre partículas cargadas más pequeñas: quarks.

Bosones fundamentaleseditar

En el Modelo Estándar, los bosones vectores (spin-1) (gluones, fotones y los bosones W y Z) median fuerzas, mientras que el bosón de Higgs (spin-0) es responsable de la masa intrínseca de las partículas. Los bosones difieren de los fermiones en el hecho de que varios bosones pueden ocupar el mismo estado cuántico (principio de exclusión de Pauli). Además, los bosones pueden ser elementales, como los fotones, o una combinación, como los mesones. El espín de los bosones son enteros en lugar de medios enteros.

GluonsEdit

Los gluones median la interacción fuerte, que se unen a los quarks y por lo tanto forman hadrones, que son bariones (tres quarks) o mesones (un quark y un antiquark). Los protones y neutrones son bariones, unidos por gluones para formar el núcleo atómico. Al igual que los quarks, los gluones exhiben color y anticolor, sin relación con el concepto de color visual y más bien con las fuertes interacciones de las partículas, a veces en combinaciones, en total ocho variaciones de gluones.

Bosones electrodébileditar

Hay tres bosones de calibre débil: W+, W-y Z0; estos median la interacción débil. Los bosones W son conocidos por su mediación en la desintegración nuclear: El W convierte un neutrón en un protón y luego decae en un par electrón y antineutrino− electrón.El Z0 no convierte el sabor de las partículas ni las cargas, sino que cambia el momento; es el único mecanismo para dispersar neutrinos elásticamente. Los bosones de calibre débil se descubrieron debido al cambio de momento en los electrones del intercambio neutrino-Z. El fotón sin masa media la interacción electromagnética. Estos cuatro bosones de calibre forman la interacción electrodébil entre partículas elementales.

Bosón de Higgeditar

Aunque las fuerzas débiles y electromagnéticas parecen bastante diferentes a nosotros en las energías cotidianas, se teoriza que las dos fuerzas se unifican como una sola fuerza electrodébil en altas energías. Esta predicción fue confirmada claramente por mediciones de secciones transversales para la dispersión de electrones y protones de alta energía en el colisionador HERA en DESY. Las diferencias a bajas energías son consecuencia de las grandes masas de los bosones W y Z, que a su vez son consecuencia del mecanismo de Higgs. A través del proceso de ruptura espontánea de la simetría, el Higgs selecciona una dirección especial en el espacio electrodébil que hace que tres partículas electrodébiles se vuelvan muy pesadas (los bosones débiles) y una permanezca con una masa de reposo indefinida, ya que siempre está en movimiento (el fotón). El 4 de julio de 2012, después de muchos años de búsqueda experimental de evidencia de su existencia, se anunció que el bosón de Higgs había sido observado en el Gran Colisionador de Hadrones del CERN. Peter Higgs, quien planteó por primera vez la existencia del bosón de Higgs, estuvo presente en el anuncio. Se cree que el bosón de Higgs tiene una masa de aproximadamente 125 GeV. La significación estadística de este descubrimiento fue reportada como 5 sigma, lo que implica una certeza de aproximadamente 99.99994%. En física de partículas, este es el nivel de significación requerido para etiquetar oficialmente las observaciones experimentales como un descubrimiento. La investigación de las propiedades de la partícula recién descubierta continúa.

Gravitoneditar

El gravitón es una partícula elemental hipotética de espín-2 propuesta para mediar la gravitación. Si bien permanece sin descubrir debido a la dificultad inherente a su detección, a veces se incluye en tablas de partículas elementales.(pp1–3) El gravitón convencional no tiene masa, aunque existen modelos que contienen gravitones masivos Kaluza–Klein.