Pot explicar el Model Estàndard de Partícules de què està compost l’univers?

El Model Estàndard de Partícules engloba totes la teories i descobriments que s’han realitzat per milers de físics des de 1930 i ha estat desenvolupada en la dècada dels anys Explica tot el que existeix en l’univers mitjançant unes poques partícules bàsiques, anomenades fonamentals que estan governades per 4 forces fonamentals.

La millor comprensió que tenim de com aquestes partícules i tres de les quatre forces conegudes es relacionen entre si, està encapsulada en el Model Estàndard de Física de Partícules.

Aquest model, ha explicat amb èxit gairebé tots els resultats experimentals i ha predit amb molta precisió una àmplia varietat de fenòmens. Amb el temps, s’ha consolidat com una teoria física ben provada que aconsegueix explicar el món en les seves escales més petites.

En aquest article descobrirà per què el Model Estàndard de Partícules ha explicat amb èxit quasi tots els resultats experimentals i ha predit amb molta precisió una àmplia varietat de fenòmens.

Partícules portadores de matèria

Vegem una mica més en profunditat en què consisteix el Model Estàndard de Partícules. Les partícules fonamentals, com s’ha comentat anteriorment, es divideixen en 2 grups bàsics anomenats quarks i leptons i cada grup consta de sis partícules. Els quarks estan aparellats en tres generacions:

• Quark up i el quark down (1a generació).
• Quark charm i quark strange (2a generació).
• Quark top i quark bottom (3a generació).

Els leptons estan disposats de forma similar, també en 3 generacions:

• Electró i neutrí de l’electró (1a generació).
• Muó i el neutrí del muó (2a generació).
• Tau i el neutrí del tau (3a generació).

Tota la matèria estable de l’univers està formada per les partícules que pertanyen a la primera generació, la qual està constituïda per les partícules més lleugeres i estables, mentre que les més pesades i menys estables pertanyen a la segona i tercera generació.

Partícules portadores de forces

Així mateix, en l’univers actuen 4 forces fonamentals que funcionen en diferents rangs i intensitats:

• Força gravitatòria. És la més dèbil però té un abast infinit.
• Força electromagnètica. Té abast infinit però és molt més forta que la gravetat.
• Força forta. És només efectiva en escales subatòmiques però és la més forta de les 4 interaccions fonamentals.
• Força dèbil: També és solament efectiva en escales subatòmiques, és molt més fort que la gravetat però és més feble que la força forta i l’electromagnètica.

Aquestes forces anteriorment descrites són el resultat de l’intercanvi de partícules portadores de força, que pertanyen a un grup més ampli anomenats bosons. Cada força fonamental té el seu propi bosó corresponent:

• La força forta, és transportada pel gluó.
• La força electromagnètica, pel fotó.
• La força dèbil, pels bosons W i Z.

La força de la gravetat, hauria de ser transportada pel gravitó però malgrat ser la força amb la qual més familiaritzats estem, encara no hem pogut trobar aquesta partícula.
En conseqüència, el Model Estàndard només pot incloure la força forta, feble i electromagnètica però no la força de la gravetat. Malgrat això, explica molt bé com aquestes forces actuen sobre totes les partícules de matèria ja que l’efecte de la gravetat resulta insignificant quan es tracta a escales de micro partícules. Per tant la ciència accepta el Model Estàndard malgrat l’exclusió de la gravetat.

El model cosmològic estàndard

El model estàndard de partícules explica el món microscòpic i combinat amb la Teoria de la Relativitat General, que explica el món macroscòpic, és a dir, el món real, formen part d’un dels pilars de la física moderna, constituint el Model Cosmològic Estàndard. Aquest model pretén explicar el comportament de tot l’Univers. El problema és que es continua treballant per a encaixar aquestes dues teories en un únic marc teòric.

El bosó de Higgs

En els anys 60, el físic Peter Ware Higgs va predir l’existència d’una partícula que semblava ser necessària per a comprendre el Model Ëstándar en el seu conjunt. En 2012 els experiments realitzats en el LHC (Gran Colisionador d’Hadrons) del CERN van descobrir un nova partícula compatible amb les característiques del bosó de Higgs predites per Higgs. Aquesta partícula té un paper fonamental en el mecanisme que origina la massa de les partícules elementals. Era la peça que faltava per descobrir en el Model Estàndard, que fins llavors no aconseguia explicar l’origen de la massa. Sense massa l’univers seria un lloc molt diferent.

El problema de la matèria fosca

Llavors, es pot explicar tota la matèria de l’univers amb el Model Estàndard? La veritat és que no, encara que actualment és la millor descripció que existeix del món subatòmic, no l’explica al complet. Com ja s’ha explicat, només té en compte 3 de les 4 forces fonamentals, tampoc dona resposta a algunes de les preguntes més profundes de l’univers, com per exemple: què és la matèria fosca, què és l’energia fosca, què va passar amb l’antimatèria després del big bang i altres tantes qüestions.

Funciona molt bé per a descriure amb precisió els fenòmens del seu àmbit però continua sent incomplet ja que tot el que aconsegueix explicar el Model Estàndard és al voltant del 5% del contingut total de l’univers.

Al voltant del 27% de l’univers ha d’estar compost per matèria fosca, que no pot veure’s però que sabem que és aquí perquè interacciona amb la resta de la matèria.

Un altre problema que no podem resoldre és el que està relacionat amb l’energia fosca. Aquesta energia, suposa el 68% de l’univers i es creu que està relacionada amb l’expansió de l’univers i per què aquest s’accelera, però que a penes sabem res.

Simetria matèria-antimatèria

El Model Estàndard, tampoc aconsegueix explicar un altre fenomen, es creu que quan es va formar l’univers, s’hauria d’haver produït gairebé la mateixa quantitat de matèria que d’antimatèria, però el que s’ha observat és que hi ha molt poca quantitat d’antimatèria, no sabem a on es va anar tota l’antimatèria. Per això, es continua treballant en extensions del model per a aportar una resposta satisfactòria a totes aquestes incògnites.