FISICA DE PARTICULAS

La fsica de partculas es la rama de la fsica que estudia a las partculas elementales que constituyen la materia y las interacciones que ocurren entre ellas. En un principio se le llamo partculas elementales a una serie de partculas subatmicas como los protones y los neutrones, pero luego se descubri que estas estaban formadas por unas ms simples. Desde entonces se le llama partcula elementales a aquellas que se saben nos estn constituidas por otras. En la actualidad se llama modelo estndar, al usado para describir la materia que constituye el universo y sus interacciones.1

Tenemos que las partculas elementales se encuentran divididas en dos categoras, los Fermiones y los Bosones, de acuerdo al principio de exclusin de Pauli: las que se encuentran atadas a este principio y las que no. El principio de exclusin de Pauli, plantea que dos partculas elementales no pueden ocupar el mismo estado cuntico, en el mismo sistema cuntico. Dentro de los fermiones se encuentran los quarks y los leptones. Segn el modelo estndar, existen seis tipos de quarks, seis tipos de leptones, y cuatro tipos de bosones.

Los fermiones, llamados as en honor al cientfico italiano Enrico Fermi, se caracterizan por tener un espn semi-entero, y se encuentran bajo el principio de exclusin de Pauli, y se dividen en quarks y leptones, y se les considera las partculas constituyentes de la materia.

Por otro lado los bosones, no se encuentran atados al principio de exclusin de Pauli, por lo tanto dos de ellos si pueden ocupar el mismo estado cuntico, en el mismo momento. Adems son partculas con espn entero y se considera que son las partculas encargadas de transmitir las cuatro fuerzas fundamentales.2

A cada partcula en el universo, le corresponde una antipartcula, que tiene su misma masa, su mismo espn, pero una diferente carga elctrica, aunque existen los casos en que las partculas son iguales a su antipartcula, como es el caso del fotn, el cual no tiene carga elctrica. Las partculas y las antipartculas si se encuentran el estado cuntico apropiado.3

A lo largo de la historia, las partculas elementales, han sido estudiadas, mediante los aceleradores de partculas, que bsicamente, es una maquina que utiliza campos electromagnticos, para acelerar a altsimas velocidades partculas cargadas, que son generadas por una fuente de partculas, para luego colisionarla y de esa manera generar nuevas partculas, las partculas son colisionadas dentro de un detector, que se encarga de contar y rastrear las partculas que son generadas. Podemos tomar como ejemplo, el tubo de rayos catdicos que utilizan los televisores, puesto que este es un tipo bsico de acelerador de partculas. En cierta forma, los aceleradores de partculas, imitan la accin que general los rayos csmicos sobre la atmosfera terrestre, puesto que estos generan un sinfn de partculas exticas e inestables que solo duran milsimas de segundo. Aunque a diferencia de esto, los aceleradores de partculas presentan un entorno mas controlado para la generacin, estudio y desintegracin de estas partculas. El avance en la investigacin sobre este tipo de partculas podra ser til, para el desarrollo de reas como la medicina, la tecnologa, electrnica, etc.4

Tambin tenemos que la fsica de partculas estudia a partculas ms complejas, es decir aquellas que se encuentran compuestas de las ms simples, a estas partculas se les denomina hadrones. Los hadrones se encuentran compuestos por quarks, y se mantienen unidos debido a la interaccin nuclear fuerte. Dentro de los hadrones tenemos a los bariones, que son partculas compuestas por tres quarks, como ejemplo de bariones tenemos a los protones y a los neutrones, y en su mayora son inestables. Tambin estn los Mesones, que se encuentran formados por un quark y un antiquark, y son mas estables que los Bariones.5

Adems de estudiar a las partculas, la fsica de partculas tambin estudia las interacciones que ocurren entre ellas, a estas se les llama las cuatro interacciones fundamentales, cuatro fuerzas fundamentales, o los cuatro campos cunticos y son: la fuerza nuclear fuerte, que es transmitida por el gluon y se encarga de mantener unido el ncleo del tomo, la interaccin nuclear dbil, que es transmitida por las partculas W y Z y provoca la desintegracin radiactiva, La interaccin electromagntica, que es transmitida por los fotones y proporciona la fuerza para mantener el tomo unido, y por ultimo tenemos la fuerza gravitatoria, que se cree que es transmitida por la partcula hipottica gravitn y se encarga de regir la fuerza de gravedad. Estas cuatro fuerzas fundamentales son transmitidas por partculas de tipo boso nicas.

Se sabe que cada una de estas fuerzas tiene una intensidad y un alcance determinado, distinguible el uno del otro. Se sabe que el alcance de la fuerza gravitatoria y electromagntica es infinito, mientras el de las otras dos se reduce al mbito nuclear. Mientras menor sea el alcance de la fuerza, mayor ser la masa de los bosones, por lo tanto las fuerzas de alcance infinito tiene bosones con masa nula. Por otro lado tenemos la intensidad, que se sabe en las cuatro fuerzas es una constante, en el caso de la nuclear fuerte, es de 1038, en el caso de la nuclear dbil es de, 1025, en el de la electromagntica es, 1036, y el de la gravitatoria es 1.6

Pero a pesar de todos los descubrimientos que hasta el momento ha conseguido la fsica de partculas, aun existen muchas conjeturas y teoras, especialmente sobre algunas partculas, que no han sido confirmadas de forma emprica, pero que han sido postuladas a travs de diferentes teoras para explicar algunos de los fenmenos que existen en el mundo subatmico. Dentro de estas hipotticas partculas, encontramos dos que tiene gran relevancia, una de ellas la Partcula de Dios, o el Bosn de Higgs, llamada as en honor al cientfico Petter Higgs, quien la propuso en el ao de 1964, y que segn su teora explicara el origen de la masa de las partculas elementales, segn el modelo estndar de la fsica, esta partcula no tendra espn, ni carga elctrica, adems de ser muy inestable y por ende se desintegra en milisegundos, aunque en gracias a experimentos realizados en el Gran Colisionador de Hadrones, se determino que el 4 de julio del 2012, se haban encontrado rastros de una partcula, que se cree que el Bosn de Higgs . La otra partcula es el gravitn, un hipottico bosn, que seria la partcula encargada de transmisin la fuerza de gravedad en la mayora de los modelos de gravedad cuntica, aunque hasta el momento los cientficos no han logrado obtener mucha informacin sobre ella, como lo es por ejemplo su masa.7

Podramos resumir que la fsica de partculas busca darle sentido al universo que percibimos, proporcionndonos una explicacin de como y porque se comportan de cierta manera las partculas que componen el universo, as como las fuerzas que actan tanto a niveles subatmicos o como a grandes escalas. Y tal vez de esa forma encontrar la respuesta a porque estamos en el universo y como se dio origen a todas las cosas.