La física de partículas es el estudio de los bloques de construcción fundamentales del universo.
Hoy en día, el término “física de partículas” generalmente se usa indistintamente con el término ligeramente más amplio y preferido “física de alta energía”, pero también puede referirse al área más específica de la física del colisionador.
Una gran parte del proyecto de iluminación científica ha sido dividir los sistemas naturales en sus partes constituyentes y descubrir cómo interactúan esas partes. La física de alta energía es el juego final de ese proyecto histórico.
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Cuando el término “física de partículas” comenzó a ganar popularidad, las partículas eran las partes más pequeñas conocidas de la materia, que se pensaba que eran los componentes fundamentales que formaban los átomos y todo lo demás. (Por ejemplo, un átomo de carbono está formado por 6 protones, 6 electrones y generalmente entre 6 y 8 neutrones.) Se construyeron aceleradores de partículas gigantes (también llamados “colisionadores” para estudiar las colisiones de estas partículas subatómicas. Cuando chocan, a menudo producir nuevas partículas. Durante un tiempo, se descubrieron más y más partículas y esto dio como resultado un “zoológico de partículas”. Durante las últimas décadas, se ha vuelto mucho más raro descubrir una nueva partícula elemental, aunque el bosón de Higgs era solo descubierto hace unos años en 2012.
El término física de partículas ha sido reemplazado por “física de alta energía” en la mayoría de los departamentos de física, porque la búsqueda de los bloques de construcción fundamentales de la naturaleza ha dado vuelta a algunas esquinas inesperadas. Una de ellas es la comprensión de que las cosas conocidas como “partículas elementales” son en realidad solo un comportamiento emergente de los campos cuánticos. Cuando una onda cuantificada viaja a lo largo de un campo cuántico, la llamamos “partícula”, pero en realidad son los campos los ingredientes más fundamentales del universo. Más allá de eso, la búsqueda de una teoría de campo unificado que incorpore la gravedad en la física de partículas ha llevado a la idea de que quizás las cadenas son los bloques de construcción más apropiados para usar, en lugar de partículas o campos. Podría resultar que simplemente hay muchas formas de entender la física a escalas de distancia tan pequeñas, pero cualquiera que sea la mejor manera de describirlo es el término “física de alta energía” parece más apropiado ya que es más neutral con respecto a los compromisos ontológicos.
¿Por qué se llama “física de alta energía” en lugar de “física de pequeña distancia”? Esa es una pregunta más difícil, y no estoy seguro de cuál es la razón histórica para eso, pero le diré por qué creo que es un mejor término para usar en el futuro. En muchos sentidos, mirar distancias más pequeñas parece ir de la mano con energías más altas (por ejemplo, debes dar a las partículas enormes energías cinéticas antes de juntarlas para explorar las escalas de distancia más pequeñas). Y ambos parecen ir de la mano con la física que parece más sobre bloques de construcción fundamentales en lugar de comportamientos emergentes, y también requieren teorías más exactas en lugar de teorías aproximadas. Sin embargo, hay algunas indicaciones fuertes de que la física fundamental (exacta) siempre involucra las energías más altas pero no necesariamente las escalas de distancia más pequeñas. A veces esto se conoce como correspondencia UV-IR. Por ejemplo, si aumenta la densidad de energía en una región del espacio más allá de la densidad de energía de Planck, obtendrá un objeto fundamental muy similar a una partícula pero cuyo tamaño comienza a crecer con energía en lugar de reducirse; este objeto se llama “agujero negro” “y es una parte importante de la física de alta energía hoy (al menos, física teórica de alta energía). En muchos sentidos, los agujeros negros tienen propiedades muy similares a las partículas; por lo que se incluirían en el estudio de la física de alta energía, pero supongo que no en la “física de partículas”, ya que técnicamente no son partículas.
