15. El Higgs ha hablado: solo existen 12 partículas «materiales» en la Naturaleza

14 Dic

De sus varias combinaciones surge toda la inmensa y rica complejidad del Universo que nos rodea.

El Higgs ha hablado: solo existen 12 partículas «materiales» en la Naturaleza

Se trata de una de las cuestiones más debatidas por la Física desde hace décadas. ¿Cuántos componentes básicos son necesarios para hacer posible la existencia física del Universo? O, dicho de otra forma, ¿Cuantas partículas “materiales” diferentes existen en la Naturaleza? Ahora, y tras el hallazgo del Bosón de Higgs, la Ciencia ha encontrado por fin una respuesta “Sigma 3”, lo cual significa que es segura en un 99.99999%. Tal y como predice el Modelo Estandar, solo existen 12 tipos de partículas de materia. Y de sus varias combinaciones surge toda la inmensa y rica complejidad del Universo que nos rodea.

Hasta ahora, y a pesar de que el Modelo Estandar (el marco teórico que describe las relaciones entre las partículas fundamentales y las fuerzas de la Naturaleza) sólo predice la existencia de 12 partículas materiales diferentes, muchos investigadores tenían la duda de que pudieran existir más “componentes íntimos de la materia” aún desconocidos para nosotros, quizá con masas demasiado elevadas como para ser producidos y detectados por los mejores aceleradores disponibles.

Las partículas de materia, llamadas fermiones, son los componentes fundamentales del Universo. Juntas, forman todo lo que podemos ver a nuestro alrededor, desde la propia Tierra y sus habitantes a las galaxias más lejanas. Sin embargo, tal y como explica Ulrich Nierste, profesor en el Karlsruhe Institute of Technology (KIT) y coautor de un estudio recién publicado en Physical Review Letters, “durante mucho tiempo no estaba claro si conocíamos, o no, todos los componentes”.

Pero veamos. Como se ha dicho, el Modelo Estandar establece la existencia de 12 fermiones diferentes que, según sus propiedades, se dividen en tres grupos (o generaciones) de cuatro partículas cada uno. Sin embargo, sólo la primera de estas generaciones de partículas es apreciable en el “mundo real”, es decir, fuera del ámbito experimental de los grandes aceleradores de partículas. Los otros tres grupos sólo se manifiestan en laboratorio y durante los experimentos más extremos de cuantos se llevan a cabo en estas grandes máquinas.

Entre las partículas de la primera generación están el electrón, el electrón neutrino y los quarks “arriba” y “abajo”. Estos dos últimos se unen para formar partículas más pesadas, como protones y neutrones, que a su vez se unen en núcleos y, junto a los electrones, forman los átomos que dan lugar a los diferentes elementos de la tabla periódica. Es decir, que todo lo que nos rodea está formado básicamente por estas cuatro partículas de la primera generación.

“¿Por qué entonces la Naturaleza cuenta con una segunda y una tercera generación de partículas, si éstas no son necesarias?”, se preguntan Martin Wiebusch y Otto Eberhardt, autores principales de la investigación. Y lo que es más, “¿Podría haber más generaciones de partículas?

La respuesta es no. El Modelo Estandar tiene razón y no pueden existir más partículas de las que predice la teoría. Para llegar a esta conclusión, los investigadores combinaron los resultados obtenidos por los aceleradores LHC (en Suiza) y Tevatron (en Estados Unidos) y hallaron que la existencia de más tipos de fermiones puede excluirse con una probabilidad del 99,99999%. Pero los datos más importantes de este análisis, los que permitieron llegar a una respuesta definitiva, fueron los aportados tras el reciente descubrimiento del Bosón de Higgs.

No hay cuarta generación

El Bosón de Higgs, en efecto, es el que otorga a las demás partículas su masa. Y si existieran fermiones adicionales aún no detectados durante los experimentos con los aceleradores, éstos deberían de ser, por fuerza, más masivos de los que conocemos. Por lo tanto, esos fermiones interaccionarían con el Bosón de Higgs más intensamente que los bosones que nos son familiares. Y esa interacción debería haber modificado las propiedades del Higgs de forma que, con los datos disponibles, no habríamos sido capaces de detectarlo. Lo cual excluye por completo (o casi) la posibilidad de que exista esa hipotética “cuarta generación” de fermiones.

“El número total de fermiones está ahora firmemente establecido -explica Nierste-. Aunque siguen quedando algunas cuestiones interesantes. Las propiedades del recién descubierto bosón de Higgs aún deben determinarse, y queda aún por explicar por qué en el Universo hay más materia que antimateria”.

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