¿Puede el Modelo Estándar de Partículas explicar de qué está compuesto el universo?

El Modelo Estándar de Partículas engloba todas la teorías y descubrimientos que se han realizado por miles de físicos desde 1930 y ha sido desarrollada en la década de los años. Explica todo lo que existe en el universo mediante unas pocas partículas básicas, llamadas fundamentales que están gobernadas por 4 fuerzas fundamentales. La mejor comprensión que tenemos de cómo dichas partículas y tres de las cuatro fuerzas conocidas se relacionan entre sí, está encapsulada en el Modelo Estándar de Física de Partículas.

Dicho modelo, ha explicado con éxito casi todos los resultados experimentales y ha predicho con mucha precisión una amplia variedad de fenómenos. Con el tiempo, se ha consolidado como una teoría física bien probada que consigue explicar el mundo en sus escalas más pequeñas.

En este artículo descubrirá por qué el Modelo Estándar de Partículas ha explicado con éxito casi todos los resultados experimentales y ha predicho con mucha precisión una amplia variedad de fenómenos.

Partículas portadoras de materia

Veamos un poco más en profundidad en qué consiste el Modelo Estándar de Partículas. Las partículas fundamentales, como se ha comentado anteriormente, se dividen en 2 grupos básicos llamados quarks y leptones y cada grupo consta de seis partículas. Los quarks están emparejados en tres generaciones:

• Quark up y el guark down (1a generación).
• Quark charm y quark strange (2a generación).
• Quark top y quark bottom (3a generación).

Los leptones están dispuestos de forma similar, también en 3 generaciones:

• Electrón y neutrino del electrón (1a generación).
• Muón y el neutrino del muó (2a generación).
• Tau y el neutrino del tau (3a generación).

Toda la materia estable del universo está formada por las partículas que pertenecen a la primera generación, la cual está constituida por las partículas más ligeras y estables, mientras que las más pesadas y menos estables pertenecen a la segunda y tercera generación.

Partículas portadoras de fuerzas

Asimismo, en el universo actúan 4 fuerzas fundamentales que funcionan en distintos rangos e intensidades:

• Fuerza gravitatoria. Es la más débil pero tiene un alcance infinito.
• Fuerza electromagnética. Tiene alcance infinito pero es mucho más fuerte que la gravedad.
• Fuerza fuerte. Es solo efectiva en escalas subatómicas pero es la más fuerte de las 4 interacciones fundamentales.
• Fuerza débil. También es solamente efectiva en escalas subatómicas, es mucho más fuerte que la gravedad pero es más débil que la fuerza fuerte y la electromagnética.

Estas fuerzas anteriormente descritas son el resultado del intercambio de partículas portadoras de fuerza, que pertenecen a un grupo más amplio llamados bosones. Cada fuerza fundamental tiene su propio bosón correspondiente:

• La fuerza fuerte, es transportada por el gluón.
• La fuerza electromagnética, por el fotón.
• La fuerza débil, por los bosones W y Z.
• La fuerza de la gravedad, debería ser transportada por el gravitón pero a pesar de ser la fuerza con la que más familiarizados estamos, aún no hemos podido encontrar dicha partícula.

En consecuencia, el Modelo Estándar sólo puede incluir la fuerza fuerte, débil y electromagnética pero no la fuerza de la gravedad. A pesar de ello, explica muy bien como estas fuerzas actúan sobre todas las partículas de materia ya que el efecto de la gravedad resulta insignificante cuando se trata a escalas de micro partículas. Por tanto la ciencia acepta el Modelo Estándar a pesar de la exclusión de la gravedad.

El modelo cosmológico estándar

El modelo estándar de partículas explica el mundo microscópico y combinado con la Teoría de la Relatividad General, que explica el mundo macroscópico, es decir, el mundo real, forman parte de uno de los pilares de la física moderna, constituyendo el Modelo Cosmológico Estándar. Este modelo pretende explicar el comportamiento de todo el Universo. El problema es que se sigue trabajando para encajar estas dos teorías en un único marco teórico.

El bosón de Higgs

En los años 60, el físico Peter Ware Higgs predijo la existencia de una partícula que parecía ser necesaria para comprender el Modelo Ëstándar en su conjunto. En 2012 los experimentos realizados en el LHC (Gran Colisionador de Hadrones) del CERN descubrieron un nueva partícula compatible con las características del bosón de Higgs predichas por Higgs. Dicha partícula tiene un papel fundamental en el mecanismo que origina la masa de las partículas elementales. Era la pieza que faltaba por descubrir en el Modelo Estándar, que hasta entonces no conseguía explicar el origen de la masa. Sin masa el universo sería un lugar muy diferente.

El problema de la materia oscura

Entonces, ¿se puede explicar toda la materia del universo con el Modelo Estándar? Lo cierto es que no, aunque actualmente es la mejor descripción que existe del mundo subatómico, no lo explica al completo. Como ya se ha explicado, solo tiene en cuenta 3 de las 4 fuerzas fundamentales, tampoco da respuesta a algunas de las preguntas más profundas del universo, como por ejemplo: qué es la materia oscura, qué es la energía oscura, qué pasó con la antimateria después del big bang y otras tantas cuestiones.

Funciona muy bien para describir con precisión los fenómenos de su ámbito pero sigue siendo incompleto ya que todo lo que consigue explicar el Modelo Estándar es alrededor del 5% del contenido total del universo. Alrededor del 27 % del universo tiene que estar compuesto por materia oscura, que no puede verse pero que sabemos que está ahí porque interacciona con el resto de la materia.

Otro problema que no podemos resolver es el que está relacionado con la energía oscura. Dicha energía, supone el 68% del universo y se cree que está relacionada con la expansión del universo y por qué éste se acelera, pero que apenas sabemos nada.

Simetría materia – antimateria

El Modelo Estándar, tampoco consigue explicar otro fenómeno, se cree que cuando se formó el universo, se debería haber producido casi la misma cantidad de materia que de *antimateria**, pero lo que se ha observado es que hay muy poca cantidad de antimateria, no sabemos a dónde se fue toda la antimateria. Por ello, se sigue trabajando en extensiones del modelo para aportar una respuesta satisfactoria a todas estas incógnitas.