¿Qué tiene de malo el modelo estándar de física de partículas? » ABC de la ciencia

El modelo estándar no puede identificar el tipo de materia que compone más del 70% del universo, junto con preguntas más fundamentales sobre el universo, lo que lleva al fracaso o insuficiencia final del modelo.

En los últimos años todos hemos oído hablar de la inminente caída del Modelo Estándar. Con titulares que dicen “¿Qué es el modelo estándar de la física de partículas y por qué los científicos van más allá de él?” o ‘El modelo estándar recibe una sacudida’, la mayoría de los amantes de la ciencia se dieron cuenta.

Sin embargo, seamos honestos, la mayoría de la gente nunca entendió el significado exacto detrás de tales titulares. Yo era igual, hasta que me sumergí en todo lo relacionado con la Física de Partículas y tuve unas revelaciones realmente impactantes!

Un momento de conmoción y sorpresa vino cuando leí sobre el modelo estándar, seguido rápidamente por saber lo que estaba mal con él.

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El Modelo Estándar: ¿Qué es exactamente?

El Modelo Estándar, en el sentido más simple y humilde, es una tabla periódica de las unidades más fundamentales que componen nuestro universo. Así como la tabla periódica de elementos evolucionó a partir de muchos modelos fallidos anteriores, el Modelo Estándar surgió después de muchos de esos fracasos.

Sin embargo, a diferencia de la tabla periódica, el modelo estándar no solo clasificó las partículas, sino que también nos dio el lenguaje y la ciencia para comprenderlas. Reconoció que en el nivel más fundamental, el universo está hecho de campos, en lugar de partículas. Estos campos fundamentales interactúan entre sí y se manifiestan en forma de partículas.

La ciencia del modelo estándar se llama teoría cuántica de campos, ¡una idea tan elaborada y vasta que se considera una ciencia en sí misma!

Icono científico vectorial Modelo estándar de física

Modelo estándar y su clasificación de partículas (Crédito de la foto: ShadeDesign/Shutterstock)

Este modelo estándar nació después de muchos años de investigadores que no lograron clasificar y predecir más partículas; sigue siendo el más exitoso de cualquiera de los modelos hasta la fecha. En el momento de su nacimiento, identificó y dio cuenta de cada partícula que habíamos descubierto hasta ese momento, y también predijo algunas más por venir. También proporcionó respuestas correctas a algunos experimentos de muy alta precisión. Su idea de agrupar partículas en partículas de materia y portadores de fuerza era muy conveniente.

También fue bastante sorprendente cómo albergaba adecuadamente las teorías de campo (marcos matemáticos y conceptuales) de las fuerzas fundamentales (fuerte, electromagnética, débil). Básicamente, las tres fuerzas fundamentales del universo tenían sus propios conjuntos de reglas que encajaban perfectamente en el Modelo Estándar.

A pesar de este ajuste aparentemente “perfecto”, con más desarrollos en ciencia y tecnología, pudimos profundizar aún más en esta exitosa teoría, ¡solo para darnos cuenta de que no era perfecta en absoluto!

Las partículas que nunca vio venir

Eventualmente, llegó un momento en que el modelo estándar no pudo dar cuenta del tipo de materia que estábamos viendo, o en este caso, no viendo. Sí, estamos hablando de materia oscura. La prueba de este misterioso asunto se puede encontrar en cada imagen de galaxias lejanas. Esta materia no estaba interactuando con la luz, es decir, un campo electromagnético, por lo que no pudimos observarla ni fotografiarla. No sabíamos nada y todavía sabemos casi nada al respecto porque el Modelo Estándar, nuestra piedra de toque, no pudo proporcionar ninguna respuesta.

telescopio Hubble

La materia oscura es la materia invisible del universo cuya evidencia se puede ver en la deformación de la luz a su alrededor, creando un efecto de lente. Aquí, la imagen de la galaxia parece distorsionada debido a la presencia de materia oscura.

Lo creas o no, la materia oscura constituye alrededor del 27 % de nuestro universo, mientras que la materia visible solo constituye el 5 % y el 68 % restante está hecho de energía oscura.

Este solo hecho, que no puede decir nada sobre la mayor parte de nuestro universo, nos hizo darnos cuenta de que muchas cosas estaban mal con el modelo estándar.

Además, no reconoce una de las fuerzas más importantes, la misma fuerza que nos mantiene en tierra en nuestros asientos mientras leemos este artículo: ¡la gravedad!

Por extensión, el Modelo no tiene en cuenta gravitones, la partícula fundamental de la gravedad. ¿Por qué excluir una fuerza fundamental tan importante?

Todas las demás fuerzas tenían una teoría cuántica de campos, pero no la propia gravedad. Básicamente, el Modelo Estándar no puede reconciliar la gravedad de nuestro mundo clásico con el mundo cuántico.

Entonces, ¿hay algo mal en el Modelo mismo…?

HMMMMMM...

Honestamente, hay muchas cosas que el Modelo Estándar no ha predicho, como lo demuestra el experimento g-2, que está a punto de ser considerado un “descubrimiento”. ¡Este hallazgo podría probar que hay aún más partículas sobre las cuales el modelo estándar es ciego!

Más preguntas que el modelo estándar no puede responder

¿Por qué la materia es mucho más abundante que la antimateria en el universo? ¿Por qué las partículas llamadas neutrinos tienen masa, aunque el modelo estándar predijo que no pueden? ¿Cuál es la verdadera razón de la expansión del universo? ¿Alguien sabe una respuesta definitiva a estas preguntas? ¿Tú? No te preocupes… el Modelo Estándar tampoco. Sin embargo, considerando que es la teoría de los bloques de construcción fundamentales del universo, ¿no debería tener todas las respuestas?

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Cada segundo, 100 billones de neutrinos atraviesan nuestro cuerpo, muchos de los cuales provienen de nuestro Sol. (Crédito de la foto: Pike-28/Shutterstock)

Por supuesto, las preguntas no terminan aquí. Teóricamente, hay muchas lagunas que llenar y muchas cuestiones que el Modelo no ha abordado. Al escuchar eso, es posible que se pregunte… ¿por qué no cambiar a un nuevo modelo y descartar el “estándar”? Ya lo hicimos para la tabla periódica de elementos, así que ¿por qué no hacer lo mismo aquí?

¿Un nuevo modelo?

El hecho es que la tabla periódica es una excelente manera de clasificar los elementos que no solo los agrupa de la manera más conveniente, sino que también los agrupa de una manera que nos ayuda a comprender la naturaleza de los elementos.

Dicho esto, el trabajo del Modelo Estándar no termina con la clasificación. Como se mencionó anteriormente, es una teoría científica escrita en matemáticas que ha predicho los resultados de experimentos muy precisos en todo el mundo. Sí, los científicos han comenzado a trabajar en otros modelos, como el modelo de supersimetría, pero para que cualquiera de estos sea aceptado, debe hacer todo lo que el modelo estándar ha hecho correctamente, al mismo tiempo que tiene en cuenta sus deficiencias.

En otras palabras, ¡cualquier modelo nuevo tendrá mucho que demostrar!

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