¿Qué es el Modelo Estándar de la Física de Partículas?

El modelo estándar de la física de partículas, al que normalmente se hace referencia simplemente como modelo estándar, es una teoría cuántica de campos que describe las partículas elementales y la interacción entre ellas. Fue desarrollada en 1970, y sus antecedentes son la teoría de campos y la teoría cuántica de campos, la teoría de gauge y la teoría atómica.

El Modelo Estándar se basa en el principio de simetría, que establece que las leyes de la física deben ser invariantes bajo ciertas transformaciones. El modelo estándar considera que las partículas elementales son entes irreductibles y cuantos cuya cinemática está regida por las cuatro interacciones fundamentales conocidas, excepto la gravedad, que no encaja en los modelos matemáticos del mundo cuántico. Las otras interacciones son: la fuerza nuclear fuerte, la fuerza electromagnética y la fuerza nuclear débil.

Se considera que el modelo estándar es uno de los mayores logros de la física teórica y ha sido confirmado por numerosos experimentos y observaciones realizados en aceleradores de partículas de alta energía, como el Gran Colisionador de Hadrones (LHC). Sin embargo, aún no se le puede considerar una teoría completa a causa de una serie de insuficiencias.

Las teorías alternativas al modelo estándar son la teoría de cuerdas y la gravedad cuántica de bucles.

¿Qué son las partículas elementales?

Las partículas elementales son las entidades más pequeñas que constituyen la materia. Se dividen en bosones y fermiones. Los fermiones, a su vez, se dividen en quarks y leptones.

¿Qué es un acelerador de partículas?

Un acelerador de partículas es un dispositivo científico utilizado para aplicar campos eléctricos o magnéticos a las partículas cargadas para aumentar su energía cinética. Con esto, se consigue acelerar partículas subatómicas, como electrones, protones o iones, a altas velocidades cercanas a la velocidad de la luz en tubos o anillos circulares, llamados aceleradores lineales o aceleradores circulares.

El objetivo de los aceleradores de partículas es explorar de manera experimental la estructura fundamental de la materia y las fuerzas que actúan entre las partículas. Los aceleradores de partículas han permitido importantes descubrimientos en la física de partículas; por ejemplo, en 2012, se confirmó la existencia del bosón de Higgs, predicho por el Modelo Estándar. El Gran Colisionador de Hadrones (LHC, por sus siglas del inglés Large Hadron Collider) es el acelerador de partículas más grande y de mayor energía que existe.

¿Cuáles son las insuficiencias del modelo estándar?

El modelo estándar ha alcanzado varios logros experimentales que lo han ido asentando dentro de la física moderna. Uno de los hitos más recientes e importantes fue, justamente, la comprobación experimental de la existencia, hasta entonces teórica, del bosón de Higgs. Sin embargo, hoy en día sigue habiendo desafíos para la consolidación del modelo. Algunos de ellos son:

• El modelo contiene 19 parámetros arbitrarios cuyos valores se eligen para que las predicciones se ajusten a los resultados experimentales; es decir, no son constantes físicas fundamentales.
• No explica por qué no hay hadrones con carga fraccionaria, a pesar de que los quarks, que los constituyen, sí la tienen.
• No determina cuál es el origen de las masas de los leptones y los quarks.
• La violación de la simetría conocida como violación CP, que trata de explicar por qué en el universo conocido hay más materia que antimateria.
• No explica la materia oscura, la energía oscura ni la gravedad.