Partícula elemental
Las partículas elementales son los constituyentes
elementales de la materia; más precisamente son partículas que no están
constituidas por partículas más pequeñas ni se conoce que tengan estructura
interna.1
Originalmente el término partícula elemental se usó para
toda partícula subatómica como los protones y neutrones, los electrones y otros
tipos de partículas exóticas que solo pueden encontrarse en los rayos cósmicos
o en los grandes aceleradores de partículas, como los piones o los muones. Sin
embargo, a partir de los años 1970 quedó claro que los protones y neutrones son
partículas compuestas de otras más simples. Actualmente el nombre partícula
elemental se usa para las partículas que, hasta donde se sabe, no están
formadas por partículas más simples.
Figura 1.
Partículas Mediadores de Fuerzas (Bosónes)
Bosón
En física de partículas, un bosón es uno de los dos tipos
básicos de partículas elementales de la naturaleza (el otro tipo son los
fermiones).1
La denominación «bosón» fue acuñada por Paul Dirac2 para
conmemorar la contribución del físico indio Satyendra Nath Bose,34 junto con
Einstein, en el desarrollo de la Estadística de Bose-Einstein la cual teoriza
las características de las partículas elementales.5
Entre los ejemplos de bosones se incluyen partículas
fundamentales como fotones, gluones, bosones W y Z (los cuatro bosones de
gauge, portadores de fuerza del modelo estándar), el bosón de Higgs, y el
gravitón6 de gravedad cuántica; partículas compuestas (por ej.: mesones y
núcleos estables de número de masa par como el deuterio (con un protón y un
neutrón, número másico = 2), helio-4 o plomo-208; y algunas cuasipartículas
(pares de Cooper, plasmones, y fonones).7
Los bosones se caracterizan por:
- Tienen un espín entero (0,1,2,...).
- No cumplen el principio de exclusión de Pauli y siguen la estadística de Bose-Einstein. Esto hace que presenten un fenómeno llamado condensación de Bose-Einstein (el desarrollo de máseres y láseres fue posible puesto que los fotones de la luz son bosones).
- La función de onda cuántica que describe sistemas de bosones es simétrica respecto al intercambio de partículas.
Por el teorema espín-estadística sabemos que la segunda y
tercera característica son consecuencia necesaria de la primera.
Algunos bosones, aunque se comportan como bosones, de hecho
están compuestos de otras partículas. Por ejemplo, los núcleos de átomos de
helio, bajo ciertas condiciones, se comportan como bosones aun cuando están
compuestos por cuatro fermiones que, a su vez, no son elementales cuando son
examinados en experimentos de muy alta energía.
Figura 2.
Bosón de Higgs
El bosón de Higgs o partícula de Higgs es una partícula elemental propuesta en el modelo estándar de física de partículas. Recibe su nombre en honor a Peter Higgs quien, junto con otros, propuso en 1964 el hoy llamado mecanismo de Higgs para explicar el origen de la masa de las partículas elementales. El bosón de Higgs constituye el cuanto del campo de Higgs, (la más pequeña excitación posible de este campo). Según el modelo propuesto, no posee espín, carga eléctrica o color, es muy inestable y se desintegra rápidamente: su vida media es del orden del zeptosegundo. En algunas variantes del modelo estándar puede haber varios bosones de Higgs.6
La existencia del bosón de Higgs y del campo de Higgs
asociado serían el más simple de varios métodos del modelo estándar de física
de partículas que intentan explicar la razón de la existencia de masa en las
partículas elementales. Esta teoría sugiere que un campo impregna todo el
espacio, y que las partículas elementales que interactúan con él adquieren
masa, mientras que las que no interactúan con él, no la tienen. En particular,
dicho mecanismo justifica la enorme masa de los bosones vectoriales W y Z, como
también la ausencia de masa de los fotones. Tanto las partículas W y Z, como el
fotón son bosones sin masa propia, los primeros muestran una enorme masa porque
interactúan fuertemente con el campo de Higgs, y el fotón no muestra ninguna
masa porque no interactúa en absoluto con el campo de Higgs.
El bosón de Higgs ha sido objeto de una larga búsqueda en
física de partículas.
El 4 de julio de 2012, el CERN anunció la observación de una
nueva partícula «consistente con el bosón de Higgs», pero se necesitaría más
tiempo y datos para confirmarlo.1 El 14 de marzo de 2013 el CERN, con dos
veces más datos de los que disponía en su anuncio del descubrimiento en julio
de 2012, se encontró que la nueva partícula se asemejaba aún más al bosón de
Higgs. La manera en que interactúa con otras partículas y sus propiedades cuánticas,
junto con las interacciones medidas con otras partículas, indican fuertemente
que es un bosón de Higgs. Todavía permanece la cuestión de si es el bosón de
Higgs del modelo estándar o quizás el más liviano de varios bosones predichos
en algunas teorías que van más allá del modelo estándar.7
El 8 de octubre de 2013 se concedió a Peter Higgs, junto a
François Englert, el Premio Nobel de física "por el descubrimiento teórico
de un mecanismo que contribuye a nuestro entendimiento del origen de la masa de
las partículas subatómicas, y que recientemente fue confirmado gracias al
descubrimiento de la predicha partícula fundamental por los experimentos ATLAS
y CMS en el Colisionador de Hadrones del CERN".
Lista de Fermiones del Modelo Estándar
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