Partículas fundamentales

Modelo Estándar

Históricamente (Grecia, Dalton) se consideraba fundamental el átomo, pero con el descubrimiento del electrón y la estructura del átomo surgen nuevas partículas, y se plantea si esas nuevas partículas son fundamentales. A mediados del siglo XX las partículas conocidas eran pocas; como bosón solamente el fotón, y como fermiones solamente 6: electrón, protón, neutrón, muon (detectado 1936 por Anderson), neutrino (propuesto por Pauli para explicar radiación beta y detectado por Cowan-Reines 1956, Nobel 1995) y pion (detectado 1946 por Powell, Nobel 1959), además de antipartículas como el positrón. Estas nuevas partículas se detectaban en la radiación cósmica, pero en la década de 1950 con nuevos aceleradores y detectores surge un “zoo de partículas” (mesones y bariones) llegándose a unas 200 partículas “elementales”; Lamb, Nobel 1955, llega a decir the finder of a new elementary particle used to be rewarded by a Nobel Prize, but such a discovery now ought to be punished by a $10,000 fine. Enrico Fermi dijo If I could remember the names of all these particles, I'd be a botanist.

En 1963 Gell-Mann busca estructura agrupando propiedades de ese zoo de partículas y propone que están formadas por quarks, inicialmente unos pocos (u,d,s), que se amplió hasta los actuales 6 (charm 1974, bottom 1977, top 1995) en 3 generaciones de materia. La existencia de los quarks fue comprobada en 1967 Friedmann, Kendall, Taylor (Nobel 1990) con un experimento similar al de Rutherford en acelerador SLAC mostrando que no era sólo concepto. La interacción fuerte entre quarks se transmite por 8 gluones.
Aunque es habitual decir que las partículas que forman del átomo son protones, neutrones y electrones, es esencial tener claro que las partículas fundamentales constitutivas del átomo son electrones y quarks. Esta idea queda reflejada en el Modelo Estándar y en el diagrama de partículas fundamentales y compuestas. En 1968 Glashow, Salam y Weinberg (Nobel 1979) unifican la interacción electromagnética y la débil en la electrodébil, incorporando el mecanismo de Higgs, verificada experimentalmente en 1973 (con corrientes neutras) y 1983 (detección bosones W y Z). Las tres familias de quarks se corresponden con tres familias de leptones: neutrino muónico en 1942, tau en 1975, neutrino tau en 2000.
En 2012 se detecta el bosón de Higgs (Nobel 2013) en el CERN, lo que completa el Modelo Estándar (SM Standard Model), que no solamente es una lista de partículas, también incluye las interacciones.