El Modelo Estándar de Física de Partículas es actualmente la teoría más completa de los procesos fundamentales en la naturaleza. Explica procesos fundamentales como el electromagnetismo, pero no describe fenómenos emergentes como los sistemas biológicos (véase también [1]).
El modelo estándar es una teoría cuántica de campos y está formulado en términos de lagrangiana y tiene tres tipos de campos. Cada campo cuántico tiene una partícula asociada a él. Los tres tipos de campos son
- Campos de indicador: median fuerzas y se describen en términos de simetrías. Estos son los bosones del giro 1. Los campos de calibración se ven obligados a no tener masa.
- Fermiones de Weyl: Estos son tipos especiales de fermiones de spin 1/2 sin masa.
- Bosón de Higgs: este es un campo de giro 0 (escalar).
Si pensamos en la física como un juego, entonces los campos de indicadores realmente describen la configuración de la teoría y definen qué tipos de partículas están permitidas y qué tipos de interacciones están permitidas. Los fermiones son los actores. El bosón de Higgs se parece un poco a la trama: el Higgs cambia la “configuración” y los “actores” responden a su vez.
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El modelo estándar se basa en una teoría de calibre quiral [2] que consta de tres grupos de calibre:
- SU (3) c – lo que da lugar a una fuerte interacción
- SU (2) w – que da lugar a interacciones débiles y electromagnéticas
- U (1) y – que da lugar a interacciones débiles y electromagnéticas
Las partículas pueden “cargarse” bajo estas tres fuerzas, lo que significa que pueden interactuar a través de ellas. Las partículas que interactúan con SU (3) c se llaman quarks y las que no se llaman leptones.
El bosón de Higgs en el modelo estándar adquiere un valor de expectativa de vacío y reorganiza / rompe las interacciones débiles y electromagnéticas que distinguen la fuerza débil de la electromagnética.
- SU (2) wx U (1) y -> U (1) em
De este modo, se produce la simetría U (1) em gauge observada que describe el electromagnetismo.
Los fermiones del modelo estándar surgen de 5 campos separados, cada uno de los cuales tiene tres copias casi idénticas (las copias se llaman generaciones)
- q – el doblete de quark zurdo
- uc – el quark derecho
- dc: el quark derecho
- l – el zurdo lepton doblete
- ec – el electrón diestro
El bosón de Higgs rompe la simetría quiral de los fermiones al mismo tiempo que da masa a los fermiones y se reorganiza en los más típicos.
- arriba quark (tanto para diestros como para zurdos)
- quark down (tanto para diestros como para zurdos)
- electrón (tanto zurdo como diestro)
- neutrino (solo zurdo)
Lo notable es que las partículas observadas están emparejadas de maneras que no son representativas de la estructura fundamental de la teoría.
Esta teoría fue propuesta en varios pasos. El primero fue Glashow, quien propuso la estructura SU (2) wx U (1) y gauge en 1961. Luego, Weinberg incorporó el mecanismo de Higgs (derivado del trabajo de muchas personas, incluido Higgs, a fines de la década de 1950 y principios de la década de 1960) en 1967 en uno de los trabajos más citados de todos los tiempos: “Un modelo de leptones”. En 1971, ‘t Hooft y Veltman demostraron que esta teoría era renormalizable y tenía sentido.
[1] ¿Cuál es la mejor manera de explicar la ecuación del modelo estándar a alguien que sabe muy poco sobre física?
[2] ¿Qué son las teorías de calibre quiral?
