Modelo Estándar y Partículas Elementales
El Modelo Estándar es la teoría cuántica de campos establecida que describe las partículas elementales conocidas y las interacciones fuertes, débiles y electromagnéticas entre ellas.
Definition
El Modelo Estándar es una teoría cuántica de campos relativista basada en el grupo de gauge SU(3)_C x SU(2)_L x U(1)_Y que da cuenta de las interacciones electromagnéticas, débiles y fuertes de los fermiones elementales (quarks y leptones) mediante el intercambio de bosones de gauge, con masas generadas por el mecanismo de Higgs.
Scope
Esta área abarca el contenido de materia y los portadores de fuerza del Modelo Estándar: las tres generaciones de quarks y leptones, los bosones de gauge que median las interacciones fuertes, débiles y electromagnéticas, y el campo de Higgs responsable de la ruptura de la simetría electrodébil y las masas de las partículas. Trata la estructura de gauge SU(3)xSU(2)xU(1), la clasificación de partículas por sus números cuánticos y la confirmación experimental del modelo hasta e incluyendo el descubrimiento del bosón de Higgs, al tiempo que señala los fenómenos que deja sin explicar.
Sub-topics
Core questions
- ¿Cuáles son los constituyentes fundamentales de la materia y cómo se organizan en generaciones?
- ¿Cómo dictan las simetrías de gauge del Modelo Estándar la forma de las interacciones fundamentales?
- ¿Cómo el mecanismo de Higgs da masa a los bosones de gauge y a los fermiones sin romper explícitamente la invariancia de gauge?
- ¿Qué observaciones quedan fuera del Modelo Estándar, como la masa de los neutrinos, la materia oscura y la asimetría materia-antimateria?
Key concepts
- Quarks, leptones y tres generaciones de fermiones
- Bosones de gauge y el grupo de gauge SU(3)xSU(2)xU(1)
- Números cuánticos de color, isospín débil e hipercarga
- Ruptura de la simetría electrodébil y el campo de Higgs
- Libertad asintótica y confinamiento
- Antipartículas y leyes de conservación
Key theories
- Unificación electrodébil
- La teoría de Glashow-Weinberg-Salam unifica las interacciones electromagnéticas y débiles en una única teoría de gauge SU(2)_L x U(1)_Y, con el fotón y los bosones W y Z masivos emergiendo después de la ruptura espontánea de la simetría.
- Cromodinámica cuántica
- La teoría de gauge SU(3) de la interacción fuerte en la que los quarks portan carga de color e interactúan intercambiando gluones, exhibiendo libertad asintótica a distancias cortas y confinamiento a distancias largas.
- Mecanismo de Higgs
- La ruptura espontánea de la simetría electrodébil por un campo escalar da masa a los bosones W y Z y a los fermiones, dejando el fotón sin masa y la teoría renormalizable.
Clinical relevance
El Modelo Estándar es la teoría más precisamente probada en física y sustenta la interpretación de cada experimento de colisionador, mientras que sus preguntas abiertas, incluyendo la masa de los neutrinos, la materia oscura y la asimetría bariónica, motivan búsquedas continuas de física más allá de él en instalaciones como el Gran Colisionador de Hadrones.
History
El Modelo Estándar se ensambló entre las décadas de 1960 y 1970, comenzando con la unificación electrodébil de Glashow, Weinberg y Salam y el desarrollo de la cromodinámica cuántica como la teoría de gauge de la fuerza fuerte. Sus predicciones se confirmaron paso a paso mediante el descubrimiento de corrientes neutras, los bosones W y Z en 1983, el quark top en 1995 y, finalmente, el bosón de Higgs en el CERN en 2012, completando el contenido de partículas del modelo.
Key figures
- Sheldon Glashow
- Steven Weinberg
- Abdus Salam
- Murray Gell-Mann
- Peter Higgs
Related topics
Seminal works
- weinberg1967
- halzenmartin1984
- griffiths2008
Frequently asked questions
- ¿Describe el Modelo Estándar la gravedad?
- No. El Modelo Estándar describe las interacciones fuertes, débiles y electromagnéticas, pero no incluye la gravedad, que se describe por separado mediante la relatividad general y no tiene una teoría cuántica de campos aceptada dentro del modelo.
- ¿Está completo el Modelo Estándar?
- Es experimentalmente completo en su contenido de partículas, pero no se considera una teoría final, porque no explica las masas de los neutrinos, la materia oscura, la energía oscura o el predominio de la materia sobre la antimateria.