Modelo Estándar de Física de Partículas
Alejandro Vargas
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Abstract
El objetivo de este documento es acercar al lector menos familiarizado con la física actual ― entre los que me incluyo ― y cuyo conocimiento del modelo atómico se ha quedado en un mero " protón, neutrón y electrón " , al modelo atómico contemplado por la física moderna, un vasto escenario compuesto por una lluvia de partículas elementales con un sinfín de nombres imposibles de recordar y cuyas interacciones nos son aún más desconocidas. Aquellos que tengan interés y entusiasmo en encontrar la respuesta a preguntas tan antiguas como ― ¿de dónde viene la materia? o ¿cómo se genera la fuerza gravitatoria y electromagnética? ― encontrarán en unas simples páginas un pequeño impulso para que se animen a descubrir más por este apasionante mundo de la física cuántica. Parafraseando al premio Nobel de Física Sheldon Lee Glashow " La clave del futuro es la curiosidad humana " nos adentramos, movidos por dicha curiosidad, al maravilloso mundo de las partículas subatómicas y de las fuerzas fundamentales que constituyen la naturaleza de nuestro universo. La primera sección describe la interacción entre las fuerzas fundamentales de forma mucho más simplificada que la segunda, siendo esta última una versión mucho más fiel a la recogida por la teoría cuántica de campos. De esta manera, el lector es libre de escoger la versión que le resulte de mayor interés. Modelo Estándar de Física de Partículas (simplificado) Quizá la mejor forma de abordar de manera sencilla y amena nuestro objetivo sea el de intentar comprender el concepto de fuerza, ese fenómeno tan cotidiano que asociamos con la gravedad o la electricidad y que en su época llevo a Galileo, Newton y Maxwell entre otros a intentar describir sus efectos mediante la enunciación de leyes físicas. Sin embargo, todos ellos escondían un vergonzoso secreto que nunca revelaron a los demás: no tenían ni idea de cómo se originaban ni la fuerza gravitatoria ni la electromagnética. Pero, ¿por qué nos empeñamos en creer que sabemos más que ellos solo unos 300 años después de Newton? Resulta difícil imaginarse la forma y el tamaño de los átomos ya que son conceptos que exceden enormemente nuestra experiencia sensorial ordinaria. No nos queda más remedio que fiarnos de nuestros razonamientos matemáticos y corroborarlos experimentalmente para poder seguir explorando la naturaleza de todos los fenómenos que encierra nuestro universo y que escapan a nuestros sentidos. El concepto de fuerza de la física newtoniana (recogido por la mecánica clásica) nos lo enseñan en la escuela e instituto a través de un conjunto de cuerpos con masas o cargas eléctricas que se atraen o se repelen entre sí por medio de unos vectores de fuerza, que dibujamos de forma muchas veces poco acertada para intentar describir los fenómenos de movimiento que observamos con nuestros sentidos. Todos esos ejercicios de poleas moviéndose arriba y abajo, coches acelerando, cañones disparando en movimiento parabólico o el cálculo de trenes viajando en direcciones opuestas para predecir cuándo y dónde van a chocar, no tienen más que un solo objetivo: intentar que el joven estudiante aborrezca la física desde el primer momento en que empieza a familiarizarse con ella, hecho que queda reforzado muchas veces por el desconocimiento que también presenta quien imparte la materia a los jóvenes adolescentes. Ante la catástrofe didáctica que supone intentar comprender y enseñar los fenómenos y fuerzas fundamentales de la naturaleza por medio de la mecánica clásica y el electromagnetismo, basados en escenarios " simplificados " que solo hacen confundir al estudiante, parece increíble que la física del siglo XX haya conseguido explicar todos esos fenómenos de una manera mucho más exacta, precisa y a mi modo de ver más intuitiva que basar las explicaciones dibujando poleas o electrones solitarios a diestro y siniestro en una pizarra. El concepto de fuerza en física cuántica fue sustituido de forma brillante por el concepto de interacción entre partículas subatómicas, es decir, partículas cuyo tamaño es inferior al del tamaño de un átomo. La física actual explica (y de forma muy elegante) dicha interacción como un intercambio de " mensajes " entre las partículas elementales que componen el átomo. Cuantos más mensajes intercambien las partículas, mayor será la fuerza que veamos entre ellas. Podríamos entender entonces el origen de cualquier fuerza de nuestra naturaleza, salvando las distancias, como una conversación de whatsapp entre una pareja de adolescentes: cuantos más mensajes intercambian entre ellos, más atraídos o repelidos se sienten dependiendo evidentemente de la carga de amistad que los identifique. Si ambos no tienen una característica en común que los identifique, lo que hemos denominado carga de amistad, no se establecerá ningún tipo de interacción entre ellos o intercambio de mensajes.
