La física de partículas es una rama de la física que estudia la naturaleza de las partículas que constituyen la materia y la radiación. Aunque las partículas no son visibles a simple vista, sus efectos son realmente colosales en el universo. Este campo investiga los constituyentes más pequeños de la materia y cómo interactúan entre sí. Comprender estas partículas y sus interacciones nos ayuda a comprender el universo a gran escala.
El modelo estándar de física de partículas es una teoría que describe tres de las cuatro fuerzas fundamentales conocidas en el universo (las interacciones electromagnética, débil y fuerte, pero no la gravedad) y clasifica todas las partículas elementales conocidas. Divide las partículas en dos grupos principales: fermiones y bosones.
Los fermiones son los componentes básicos de la materia. Tienen espín semientero y obedecen el principio de exclusión de Pauli, lo que significa que no hay dos fermiones que puedan ocupar el mismo estado cuántico simultáneamente. Los fermiones se clasifican además en leptones y quarks.
Los bosones son partículas que transportan fuerzas y tienen espín entero. No obedecen el principio de exclusión de Pauli. Hay cuatro tipos de bosones en el modelo estándar:
En el universo existen cuatro interacciones fundamentales que gobiernan el comportamiento de toda la materia y la energía. El modelo estándar explica con éxito tres de estos:
La gravedad, la cuarta fuerza, aún no está descrita en el modelo estándar. Se explica por la teoría de la Relatividad General y se cree que está mediado por una partícula teórica conocida como gravitón.
Para estudiar la física de partículas, los científicos utilizan máquinas grandes llamadas aceleradores de partículas para acelerar y hacer colisionar partículas a altas energías. Estas colisiones producen nuevas partículas y permiten a los investigadores estudiar las propiedades de estas partículas.
El Gran Colisionador de Hadrones (LHC) del CERN, cerca de Ginebra, Suiza, es el acelerador de partículas más grande y potente del mundo. Jugó un papel decisivo en el descubrimiento del bosón de Higgs.
La teoría cuántica de campos es el marco teórico de la física de partículas. Combina la mecánica cuántica y la relatividad especial. QFT describe las partículas como estados excitados de sus campos subyacentes. Por ejemplo, los fotones son excitaciones del campo electromagnético y los electrones son excitaciones del campo electrónico.
Por cada partícula existe una antipartícula con carga eléctrica opuesta. Cuando una partícula se encuentra con su antipartícula, se aniquilan entre sí, produciendo rayos gamma. La antimateria se utiliza en imágenes médicas y es objeto de investigación para comprender el desequilibrio entre materia y antimateria en el universo.
Los neutrinos son partículas neutras extremadamente ligeras que interactúan muy débilmente con otra materia. Miles de millones de neutrinos pasan a través de nosotros cada segundo, en su mayoría desapercibidos. Los neutrinos provienen del sol y de otras fuentes astronómicas. Son importantes para comprender los procesos estelares y la estructura del universo.
La física de partículas es un campo fascinante y complejo que explora los componentes y fuerzas fundamentales del universo. A través de experimentos que utilizan aceleradores de partículas como el LHC y marcos teóricos como el modelo estándar y la teoría cuántica de campos, los científicos continúan descubriendo los misterios del universo, una partícula a la vez.
