El Modelo Estándar de la Física de Partículas
17 partículas fundamentales que explican todo lo que existe. Quarks, leptones, bosones y el mecanismo de Higgs — la "tabla periódica" del universo más profundo.
17 partículas elementales — haz clic en cualquiera para ver sus propiedades
Forman protones y neutrones
No sienten la fuerza fuerte
Portadores de fuerza + Higgs
La teoría más exitosa de la física: 17 partículas que lo explican todo (excepto la gravedad)
| Familia | Ejemplos | Carga eléctrica | Interacciones |
|---|---|---|---|
| Quarks (6 sabores) | up, down, charm, strange, top, bottom | +2/3 o −1/3 (e) | Fuerte, débil, EM, gravedad |
| Leptones (6) | electrón, muón, tau, 3 neutrinos | −1 (e⁻, μ⁻, τ⁻) o 0 (ν) | Débil, EM (no fuerte) |
| Bosones gauge (5) | fotón, W⁺, W⁻, Z⁰, gluón | 0 o ±1 | Mediadores de las fuerzas |
| Bosón de Higgs (1) | H⁰ | 0 | Da masa a W, Z y fermiones |
El Modelo Estándar es la teoría más precisa de la historia: predice el momento magnético anómalo del electrón con 12 decimales de exactitud. Entenderlo es imprescindible para cualquier física teórica o experimental.
El PET usa positrones (antielectrones) que se aniquilan con electrones emitiendo pares de fotones γ detectables. La radioterapia con protones aprovecha el efecto Bragg para depositar energía justo en el tumor, protegiendo tejido sano.
La fisión del U-235 libera neutrones que inician reacciones en cadena. Entender la sección eficaz de captura neutrónica de cada isótopo es crucial para el diseño del reactor, el enriquecimiento y la gestión del combustible gastado.
La asimetría materia-antimateria (violación CP) explica por qué hay más materia que antimateria en el universo. Experimentos como Belle II y LHCb buscan la fuente de esta asimetría que hizo posible nuestra existencia.
El campo de Higgs permea todo el espacio. Las partículas adquieren masa al interactuar con él: cuanto más interactúan, más masivas son. El fotón no interactúa en absoluto → masa cero → viaja a c. El bosón de Higgs es la excitación cuántica de ese campo, descubierta en el LHC en 2012.
Los quarks sienten la fuerza nuclear fuerte (mediada por gluones) y siempre están confinados en hadrones (protones, neutrones, mesones). Los leptones no sienten la fuerza fuerte y pueden existir libres: el electrón es el leptón más conocido.
Son las partículas que median las interacciones fundamentales: el fotón media el electromagnetismo, los W±/Z la fuerza débil, y los gluones la fuerza fuerte. Cada fuerza tiene su(s) bosón(es) mediador(es), analogía cuántica de «llevar» la fuerza.
Debería haber producido cantidades iguales y aniquilarse todo. Pero existe una pequeña asimetría (violación CP) que hizo que sobreviviera ligeramente más materia que antimateria: esa fracción sobrante de 1 en 10⁹ es todo el universo observable.
El Modelo Estándar no incluye gravedad cuántica, no explica la materia oscura, no justifica la asimetría CP completa, y tiene 19 parámetros libres sin explicación. Candidatos: supersimetría (SUSY), teoría de cuerdas, modelos de Kaluza-Klein. Ninguno confirmado aún.
Haz clic en cada partícula de la tabla para ver sus propiedades: masa, carga, espín, interacciones. Compara las 3 generaciones de quarks y leptones.
Los diagramas de Feynman son «recetas» para calcular probabilidades de interacción. Observa qué bosones median cada fuerza y cómo cambia el alcance según la masa del mediador.
Observa cómo la «melaza» del campo de Higgs ralentiza a las partículas masivas y deja pasar libremente a los fotones. El potencial mexicano muestra la rotura espontánea de simetría.
Sigue las partículas desde el LINAC hasta los detectores ATLAS y CMS. Compara las energías de colisión históricas y los descubrimientos clave: quark top (1995), bosón de Higgs (2012), Tcc+ (2021).
En física de partículas se usa eV/c² (electronvoltio/c²). El protón pesa 938 MeV/c². El Higgs pesa 125 GeV/c². El neutrino, menos de 0,12 eV/c²: ¡8 órdenes de magnitud de diferencia!
Los quarks nunca se observan aislados: la fuerza entre ellos crece con la distancia (como una goma). Al separarlos, se crea un par quark-antiquark nuevo: «hadronización».
EM y gravedad: infinito. Fuerte: ~1 fm (tamaño del núcleo). Débil: ~0,001 fm. El alcance es inverso a la masa del bosón mediador (W, Z son muy masivos).
El LHC crea partículas. Los observatorios de neutrinos (IceCube, Super-K) detectan partículas de origen cósmico. Ambos enfoques son complementarios para explorar la física más allá del Modelo Estándar.