El model estàndard (I)

El model estàndard és la teoria que descriu les partícules, el seu comportament i les forces que interactuen entre elles. A diferència de la teoria de cordes, els mínims components de la matèria segons el model estàndard són partícules puntuals, i no filaments d’energia amb determinades vibracions. En aquesta primera entrada sobre el model estàndard, veurem quines són les partícules fonamentals que estableix aquesta teoria. (Avisem de que en aquesta entrada principalment hi apliquem molta teoria).

Partícules fonamentals

Les partícules fonamentals es classifiquen en dos grups essencials: fermions i bosons. La principal característica que els diferencia està en la posició que poden ocupar. Ja vam veure en l’entrada Principi d’exclusió de Pauli que unes determinades partícules no podien compartir el mateix estat quàntic, mentre que un altre tipus de partícules sí ho podien fer. Doncs bé, aquestes són, respectivament, els fermions i els bosons:

 

Fermions: Són les dotze partícules que interactuen amb la interacció dèbil i les encarregades de compondre la matèria. Dins dels fermions hi ha dos grups clarament diferenciats; els quarks i els leptons:

• Quarks: Tot i que el nombre de quarks existents és sis, tan sols són dos quarks amb els que convivim contínuament. S’anomenen Up (dalt) i Down (baix) i son els encarregats de formar els neutrons i els protons. Un neutró està format per dos quarks Down i un Up, mentre que un protó està format per dos Up i un Down. La carrega elèctrica d’un quark Up es 2/3 i la carrega d’un quark Down és -1/3. Els altres quarks són el charm, l’strange, top i bottom, els quals s’encarreguen de formar partícules exòtiques. Les formes de matèria compostes per quarks s’anomenen hadrons, dintre dels hadrons hi trobem els barions, que són els protons, els neutrons i els hiperons, que són unes partícules inestables molt més pesades que els protons i les neutrons ja que estan compostos per els quarks strange, charm, top i bottom.
• Leptons: En el grup dels leptons també hi ha sis partícules, dos de les quals son les més importants; l’electró i l’electró neutrínic. Com ja deveu saber, l’electró orbita al voltant del nucli atòmic; menys comú és saber què és un electró neutrínic; Un electró neutrínic es una partícula que es deriva de la descomposició del neutró, que dóna un protó, un electró i un electró neutrínic. Les altres quatre partícules són les versions pesades de les anteriors i s’anomenen muó, muó neutrínic, tau, tau neutrínic.

Diverses classificacions dels fermions: Els fermions també es poden agrupar en tres famílies diferents, compostes de quatre membres cadascuna, i que s’agrupen segons característiques semblants; cada família es més pesada de l’anterior i menys comuna.

• Primera família: Està composta per els quarks up i down i pels leptons electró i electró neutrínic, que sorgeix de la descomposició d’un neutró. Es la família més lleugera i més comuna en l’univers.
• Segona família: Esta composta pels quarks charm i strange i els leptons muó i muó neutrínic. Es una família una mica més pesada. Dins d’aquesta família el quark strange compleix la funció de determinar el grau de raresa d’algunes partícules exòtiques.
• Tercera família: La ultima família està composta per els quarks top i bottom i pels fermions tau i tau neutrínic. És la família més pesada de l’univers i la menys comuna.

Bosons: Aquesta família (l’oposada als fermions), és l’encarregada de transportar les forces. Està composta de cinc partícules, cadascuna assignada amb una força concreta:

• Fotó: Aquesta comú partícula és l’encarregada de transportar la força electromagnètica. Com ja deveu saber, la seva massa és 0 i és capaç d’anar a, exactament, 299,792,458 m/s en el buit. Aquesta partícula va encapçalar la revolució quàntica. La formula de la seva energia és E=hv (h= constant de Planck i v= freqüència).
• Bosons Z i W: Aquest parell de partícules són les encarregades de regular la interacció electromagnètica; o sigui, les descomposicions atòmiques.
• Gluó: Aquesta partícula manté a tot l’univers unit, ja que és la que transporta la interacció forta. Dins dels protons i neutrons aquesta partícula és emesa per un quark Up o Down, que passaran a ser un quark Down o Up, respectivament.
• Bosó de Higgs: Aquesta partícula crea un camp que afecta als bosons W i Z i al gluó, fent que aquestes partícules es moguin més lentament i creant l’idea de que són partícules amb massa. És l’anomenat Camp de Higgs, i fa temps ja vam pulicar la seva corresponent entrada. Per cert, com vam establir en l’entrada, l’existència d’aquest bosó no ha estat evidenciada experimentalment.

En la següent part de El model estàndard, parlarem de les forces que determinen el comportament del nostre univers, i com les partícules missatgeres transmeten aquestes forces.