Un nuevo mapa de las partículas y las interacciones

Muchas representaciones gráficas del modelo estándar omiten aspectos importantes o resultan engañosas. Presentamos una nueva manera de explorar visualmente los constituyentes fundamentales del universo.

El bosón de Higgs puede considerarse el eje del modelo estándar y la clave por la que la estructura de doble símplice tiene sentido. Cuando el campo de Higgs «se condensó» en el universo primitivo, conectó las partículas dextrógiras con las levógiras y les hizo adquirir la propiedad que denominamos masa. [Quanta Magazine]

Toda la naturaleza surge de un puñado de componentes (las partículas elementales) que interaccionan entre sí en un número reducido de formas. Durante los años setenta del siglo pasado, los físicos desarrollaron un conjunto de ecuaciones para describir esas partículas e interacciones. Tales ecuaciones dan lugar a una sucinta teoría conocida como modelo estándar de la física de partículas.

En el modelo estándar faltan algunas piezas. Por ejemplo, no incluye las hipotéticas partículas que se cree que componen la materia oscura ni las que transmiten la gravedad, y tampoco proporciona una explicación para la masa de los neutrinos. Sin embargo, la teoría sí proporciona una imagen extremadamente precisa de casi todos los demás fenómenos que hemos podido observar.

A pesar de ser un marco conceptual que engloba nuestro conocimiento de la naturaleza a un nivel fundamental, el modelo estándar carece de una visualización coherente. La mayoría de los intentos de representarlo gráficamente son demasiado simples, pasan por alto importantes conexiones internas o resultan extremadamente prolijos y alambicados.

Consideremos la visualización más común, una especie de tabla periódica de las partículas:

Esta tabla no permite entender las relaciones existentes entre las partículas. Las que transmiten las interacciones (el fotón, mediador del electromagnetismo; los bosones W y Z, responsables de la interacción débil; y los gluones, asociados a la interacción fuerte) aparecen al mismo nivel que las partículas de materia sobre las que actúan (quarks, electrones, etcétera). Además, este esquema deja fuera algunas propiedades clave de las partículas, como el «color».

Otra representación es la desarrollada para la película de 2013 Particle fever:

Aunque esta visualización enfatiza adecuadamente el carácter central del bosón de Higgs (el «eje» del modelo estándar, por razones que veremos más adelante), esta partícula aparece al lado del fotón y del gluon, ninguno de los cuales interacciona con ella. Los cuadrantes resultan también engañosos, ya que parecen implicar que, por ejemplo, el fotón interacciona solo con las partículas con las que está en contacto, algo que no es cierto.

Una nueva estrategia

Chris Quigg, físico de partículas del Laboratorio Nacional de Aceleradores Fermi, cerca de Chicago, ha estado pensando durante décadas cómo visualizar el modelo estándar. Su esperanza es que una representación gráfica más elaborada ayude a familiarizarse con las partículas ya conocidas e impulse nuevas ideas para acomodarlas en un marco teórico más amplio. Hace unos años, Quigg propuso un esquema que hacía mucho más explícitos el orden y la estructura del modelo estándar. Lo denominó «representación de doble símplice», ya que en él las partículas dextrógiras y levógiras forman sendos «símplices», una generalización de un triángulo.

Para elaborar nuestra infografía hemos adoptado el esquema de Quigg con algunas modificaciones. Los sucesivos pasos mostrados a continuación indican cómo construir el doble símplice desde el principio.

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