El modelo estándar de partículas

Partículas elementales y antipartículas
1. Antipartículas
  1. Poseen la misma masa, el mismo espín, pero contraria carga eléctrica.
    1. Protón
      1. Antiprotón
    2. Neutrón
      1. Antineutrón
    3. Electrón
      1. Positrón
    4. Quark up
      1. Quark down
2. Familias
  1. Bosones
    1. Uno de los dos tipos de partículas fundamentales. Se caracterizan por tener un spin entero y no cumplir la regla de exclusión de Pauli. Son partículas mediadoras cuyo intercambio da lugar a las fuerzas. Gracias a ellas las partículas intercambian energía y momento.
      1. Bosón de Higgs
        Constituye el cuanto del campo de Higgs. Este campo impregna todo el espacio y que las partículas elementales que interactúan con él adquieren masa, mientras que las que no interactúan con él no la tienen.
        No posee carga eléctrica ni carga de color, por lo que no interacciona con el fotón ni con los gluones. Sin embargo interacciona con todas las partículas del modelo que poseen masa: los quarks, los leptones cargados y los bosones W y Z.
        Los bosones W y Z muestran una enorme masa porque interactúan fuertemente con el campo de Higgs, y el fotón no muestra ninguna masa porque no interactúa con el campo.
        Ahí reside su inmensa importancia dentro del modelo estándar: es tan importante dentro del modelo ayuda a que todas las partículas tengan (o no, depende de la interacción) masa. Es la única partícula que puede llegar a explicar el origen del universo.
      2. Bosón W y Z
        Partículas mediadoras de la interacción nuclear débil. Se encargan de cambiar el sabor de los leptones y los quarks.
        Carga eléctrica y de color neutra.
      3. Bosones gauge
        Fuerza electromagnética
        Fotón
        No tienen carga ni masa. Presentan tanto propiedades corpusculares como ondulatorias (dualidad onda-corpúsculo).
        Tienen color, que dependerá de su longitud de onda.
        Fuerza nuclear débil
        Bosones W+, W- y Z
        Carga eléctrica: W±: ±1 || Z: 0. Carga de color: Neutra.
        Fuerza nuclear fuerte
        8 diferentes gluones
        Partículas sin carga ni masa, pero con color.
        Fuerza de la gravedad
        ¿Gravitón?
        No se puede demostrar porque nunca se ha observado uno.
  2. Fermiones
    1. Uno de los dos tipos básicos de partículas elementales que existen en la naturaleza. Se caracterizan por tener spin semi-entero (1/2, 3/2, ...)
      1. Quarks
        Up
        Carga: +2/3. Masa: 2,67 · 10^-30 kg
        Down
        Carga: -1/3. Masa: 7,13 · 10^-30 kg
        Charm
        Carga: +2/3. M: Masa: 2,05 · 10^-27 kg || 2,40 · 10^-27 kg
        Strange
        Carga: -1/3. Masa: 1,42 · 10^-28 kg || 2,31 · 10^-28 kg
        Top
        Carga: +2/3. Masa: 307,5 ± 4,1 · 10^-27 kg
        Bottom
        Carga: -1/3. Masa: 7,13 · 10^-27 kg
        Todos ellos componen
        Hadrones
        Bariones
        Hiperones
        Barión que contiene uno o más quarks strange. Existen muchos hiperones con variedad de masa y carga.
        Protón
        Carga: +1. Masa: 1,673 · 10`-27 kg.
        Neutrón
        Carga: 0. Masa: 1,675 · 10^-27 kg.
        Partículas subatómicas formadas por tres quarks.
        Mesones
        Pión
        Compuestos por un quark "up" y otro "anti-down" o un quark "down" y otro "anti-up".
        Kaón
        Contienen dos quarks, siendo uno de ellos un quark o antiquark strange.
        Formadas por un quark y un antiquark.
        Forman las partículas del núcleo atómico, y son capaces de experimentar la interacción nuclear fuerte.
      2. Leptones
        Al contrario que los quarks, no experimentan interacción nuclear fuerte. Ninguno presenta carga de color, y todos menos los neutrinos tienen carga negativa (-1).
        Electrón
        Carga: Negativa (-1). Masa: 9,11 · 10^-31 kg.
        Neutrinos
        Partículas neutras (sin carga positiva/negativa) casi sin masa.
        Neutrino electrónico
        Carga: Neutra (0). Masa: 3,92 · 10^-36 kg.
        Neutrino muónico
        Carga: Neutra (0). Masa: 3,03· 10^-31 kg.
        Neutrino tauónico
        Carga: Neutra (0). Masa: 2,76· 10^-29 kg.
        Múon
        Carga: Negativa (-1). Masa: 1,88 · 10^-28 kg.
        Tauón
        Carga: Negativa (-1). Masa: 3,167 · 10^−27 kg.
      3. 1ª gen.
      4. 2ª gen.
      5. 3ª gen.
Interacciones básicas
1. Fuerza electromagnética
  1. Fuerza de alcance infinito que afecta a todas las partículas con carga.
    1. Responsable de
      1. Existencia de los átomos y la materia
      2. Efectos como la luz, magnetismo, electricidad, rayos....
    2. Teoría cuántica de campos, la teoría científica demostrada con mayor precisión hasta la fecha.
2. Fuerza nuclear fuerte
  1. Fuerza atractiva de corto alcance entre cualquier partícula formada por quarks. Es muy intensa a pequeña escala, pero se hace más débil según se acercan las partículas.
    1. Se establece para entender los procesos nucleares. -> Cómo se mantienen unidos los protones/neutrones en el núcleo. No tiene solución exacta analítica.
      1. Cromodinámica cuántica: Teoría que describe la fuerza nuclear fuerte. Consiste en el sistema de atracción o repulsión entre quarks con diferente color. Es mediada por la absorción o emisión de gluones.
        Cargas eléctricas y de color
        La carga de color es análoga a la carga eléctrica, pero esta puede tomar seis valores en vez de dos.
        Carga eléctrica
        Positiva
        Negativa
        Carga de color
        Para que los quarks del mismo estado cuántico puedan existir en el mismo espacio y al mismo tiempo, tienen que tener otra propiedad cuántica que sea diferente, la carga de color.
        Cada quark porta un color, mientras que un antiquark porta un anti-color.
        Azul
        Anti-azul (o amarillo)
        Rojo
        Anti-rojo (o cian)
        Verde
        Anti-verde (o magenta)
        Un quark con una determinada carga de color puede formar un sistema de unión con un antiquark con el correspondiente anticolor. El resultado de esta interacción son los mesones, bariones y antibariones. Los colores se neutralizan con los anti-colores, por lo que las partículas resultantes no tienen color.
    2. Libertad asintótica: es una propiedad de los quarks, que cobran mayor libertad de movimiento a medida que se los comprime en el núcleo del átomo.
3. Fuerza nuclear débil
  1. Fuerza atractiva débil de corto alcance. Se introduce para explicar la desintegración de partículas que no se pueden explicar mediante la interacción electromagnética o la fuerza fuerte.
    1. Extensión de la teoría cuántica de campos para el electromagnetismo. Unificación de ambas: fuerza electrodébil
  2. Cargas de sabor
    1. Se denomina sabor al atributo que distingue a cada uno de los seis quarks. Estos se presentan en seis sabores, cada uno de los cuales puede tener uno de tres colores.
      1. Los seis sabores son: u (up), c (charm), t (top), d (down), s (strange), b (bottom). Los quarks up, charm y top tienen una carga de +2/3, y los quarks down, strange y bottom tienen una carga de -1/3.
      2. Relación con la interacción débil
        Un quark de un sabor puede transformarse en otro sabor debido al intercambio de bosones W. Al emitir/absorber un bosón W, un quark de tipo up se puede transformar en quark de tipo down y viceversa.
4. Fuerza de la gravedad
  1. Fuerza muy débil de alcance infinito que sienten todas las partículas con masa.
    1. Es muy difícil de aislar y apenas existen datos a nivel cuántico. Es la única fuerza que no se puede expresar como una teoría cuántica de campos y no forma parte del modelo estándar.
    2. Actualmente se describe mediante la relatividad general de Einstein. Su cuantización es uno de los retos de la física moderna.

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