Model est??ndard de f??sica de part??cules

De Viquip??dia

El model est??ndard de f??sica de part??cules ??s una teoria que descriu les part??cules elementals i les seues interaccions fonamentals electromagn??tica, feble i forta.

El model est??ndard ??s una teoria qu??ntica de camps i va ser desenvolupat entre 1970 i 1973. Des d'aleshores, totes les dades experimentals mesurades (a excepci?? de les ??ltimes dades procedents de la f??sica de neutrins que evidencien que els neutrins tenen massa) coincideixen amb les prediccions del model est??ndard amb una precisi?? de l'ordre del 0,1%. Tanmateix, el fet que el model no inclou la descripci?? de la interacci?? gravitat??ria, posa de manifest que el model est??ndard no ??s una teoria completa de les interaccions fonamentals i, per tant, ha de ser ext??s.

Taula de continguts

1 Part??cules elementals
- 1.1 Part??cules de mat??ria
- 1.2 Part??cules transmissores de les interaccions
2 Validesa del model est??ndard
3 Taula resum
4 Enlla??os externs

[edita] Part??cules elementals

Els constituents b??sics del model est??ndard s'anomenen part??cules elementals i es poden classificar en dos grups: les part??cules de mat??ria i les part??cules transmissores de les interaccions.

[edita] Part??cules de mat??ria

Les part??cules elementals de mat??ria estan formades per fermions d'esp??n 1/2 (a excepci?? del bos?? de Higgs, que encara no ha estat descobert i es tracta d'un bos?? amb esp??n 0) i poden classificar-se en dos grups: els leptons i els quarks. Els leptons s??n, per una banda, els leptons carregats (amb c??rrega el??ctrica igual a -1): l'electr??, el mu?? i el tau?? (denotats per $e^-,\, \mu^-,\, \tau^-$ , respectivament); i per altra banda, els corresponents leptons neutres (amb c??rrega el??ctrica nul??la), m??s coneguts com a neutrins: el neutr?? electr??nic, el neutr?? mu??nic i el neutr?? tau??nic (denotats per $\nu_e,\, \nu_{\mu},\, \nu_{\tau}$ , respectivament). Els quarks tenen 6 sabors diferents: els quarks amunt, encant i cim (amb c??rrega el??ctrica igual a 2/3 i denotats per $u,\, c,\, t$ , respectivament, per les paraules en angl??s up, charm i top) i i els quarks avall, estrany i fons (amb c??rrega el??ctrica igual a -1/3 i denotats per $d,\, s,\, b$ , respectivament, per les paraules angleses down, strange i bottom).

Els quarks, a banda del sabor, tenen un nombre qu??ntic addicional, el color, que t?? tres possible valors: roig, verd i blau. Aquesta propietat f??sica, el color, no ha estat mai vista a la natura i l'explicaci?? (coneguda com la hip??tesi de confinament) ??s que els quarks no poden ser observats com a estats lliures, sin?? que es troben confinats a les part??cules observades experimentalment sense color: els hadrons. Els hadrons s??n part??cules compostes (no elementals), sense color (a difer??ncia dels quarks) i poden ser classificades en barions i mesons. Els barions s??n fermions compostos per tres quarks, la composici?? de color dels quals d??na un estat sense color: roig + verd + blau. Alguns exemples de barions s??n el prot??, format pels quarks $u u d$ , o el neutr??, format per $u d d$ . Els mesons s??n bosons compostos per un quark i un antiquark, la composici?? de color dels quals d??na un estat sense color, com per exemple: roig + antiroig, verd + antiverd, o blau + antiblau. Alguns exemples de mesons s??n el pi?? $?? +$ , conformat pels quarks $u\bar{d}$ o el ka?? $K 0$ , format per $d\bar{s}$ .

[edita] Part??cules transmissores de les interaccions

El model est??ndard descriu tres interaccions fonamentals, de les quatre conegudes: la interacci?? electromagn??tica, la interacci?? feble i la interacci?? forta (la interacci?? gravitat??ria no ha estat fins a la data satisfact??riament descrita al marc d'una teoria qu??ntica de camps). Les interaccions actuen per mitj?? de part??cules transmissores, que s'anomenen gen??ricament bosons de gauge i tenen esp??n igual a 1: la interacci?? electromagn??tica ??s tranmesa pel fot?? (que es denota per $??$ ); la interacci?? feble ??s tranmesa pels tres bosons febles $W^+,\, W^-,\, Z^0$ ; i la interacci?? forta ??s mediada pels huit gluons (denotats per $g_{\alpha},\,\alpha=1,\ldots,8$ ). El model est??ndard unifica les interaccions electromagn??tica i feble a altes energies (dit d'una altra manera, a dist??ncies inferiors al di??metre del prot??), en l'anomenada interacci?? electrofeble.

[edita] Validesa del model est??ndard

Un dels majors ??xits del model est??ndard ??s que determina l'estructura detallada de les equacions que descriuen les forces, no de manera ad hoc, que nom??s volgu??s explicar les dades emp??riques, sin?? tamb?? per medi de principis generals continguts a la pr??pia teoria. Aix?? per l'electromagnetisme, per posar un exemple, la validesa de la teoria de camps qu??ntics, basada en la teoria de la relativitat especial, i en la que es basa el model est??ndard, i l'exist??ncia del electr??, implica que ha d'existir el fot??, i interaccionar tal com ho fa: d'aquesta manera comprenem per fi la llum. Arguments similars predigueren l'exist??ncia, i propietats, confirmades m??s tard, dels gluons, i dels bosons de la for??a d??bil.

A m??s de les part??cules esmentades el model est??ndard prediu l'exist??ncia del bos?? de Higgs, encara no detectat directament als experiments. Aquesta part??cula interaccionaria amb les dem??s per produir la massa.

Pareix que el model est??ndard no pot ser superat per un model on el quarks, i els electrons, estiguessen composts de part??cules m??s fonamentals. Si b?? no s'han sondejat els experiments amb major profunditat, fins ara no s'han trobat rastres d'elements addicionals. A m??s el model est??ndard no tindria sentit si els electrons i els quarks no s??n fonamentals. Les forces tenen tend??ncia a unificar-se a altes energies. Si la supersimetria ??s real, els electrons, i els quarks, no es poden composar d'altres part??cules, perqu?? la teoria de camps qu??ntics relativistes suposa que s??n puntuals, sense estructura. Potser haurien de ser considerats petites cordes, o membranes, (teoria de cordes), per?? seguirien tenint les propietats concedides pel model est??ndard a baixes energies.

[edita] Taula resum

**Fermions (lev??girs) en el Model Est??ndard**
Fermi??	S??mbol	C??rrega el??ctrica	C??rrega d??bil*	Isosop??n d??bil	Hiperc??rrega	C??rrega de color*	Massa
1a generaci??
Electr??	$e$	-1	$\bold{2}$	-1/2	-1/2	$\bold{1}$	0,511 MeV
Neutr?? electr??nic	$?? e$	0	$\bold{2}$	+1/2	-1/2	$\bold{1}$	< 50 eV
Positr??	$e c$	1	$\bold{1}$	0	1	$\bold{1}$	0,511 MeV
Antineutr?? electr??nic	$\nu_e^c$	0	$\bold{1}$	0	0	$\bold{1}$	< 50 eV
Quark Up	$u$	+2/3	$\bold{2}$	+1/2	+1/6	$\bold{3}$	~5 MeV
Quark Down	$d$	-1/3	$\bold{2}$	-1/2	+1/6	$\bold{3}$	~10 MeV
Antiquark anti-up	$u c$	-2/3	$\bold{1}$	0	-2/3	$\bold{\bar{3}}$	~5 MeV
Antiquark anti-down	$d c$	+1/3	$\bold{1}$	0	+1/3	$\bold{\bar{3}}$	~10 MeV
2a generaci??
Mu??	$??$	-1	$\bold{2}$	-1/2	-1/2	$\bold{1}$	105,6 MeV
Neutr?? mu??nic	$?? ??$	0	$\bold{2}$	+1/2	-1/2	$\bold{1}$	< 0,5 MeV
Antimu??	$?? c$	1	$\bold{1}$	0	1	$\bold{1}$	105,6 MeV
Antineutr?? mu??nic	$\nu_\mu^c$	0	$\bold{1}$	0	0	$\bold{1}$	< 0,5 MeV
Quark Charm	$c$	+2/3	$\bold{2}$	+1/2	+1/6	$\bold{3}$	~1,5 GeV
Quark Strange	$s$	-1/3	$\bold{2}$	-1/2	+1/6	$\bold{3}$	~100 MeV
Antiquark anti-charm	$c c$	-2/3	$\bold{1}$	0	-2/3	$\bold{\bar{3}}$	~1,5 GeV
Antiquark anti-strange	$s c$	+1/3	$\bold{1}$	0	+1/3	$\bold{\bar{3}}$	~100 MeV
3a generaci??
Tau??	$??$	-1	$\bold{2}$	-1/2	-1/2	$\bold{1}$	1,784 GeV
Neutr?? tau??nic	$?? ??$	0	$\bold{2}$	+1/2	-1/2	$\bold{1}$	< 70 MeV
Antitau??	$?? c$	1	$\bold{1}$	0	1	$\bold{1}$	1,784 GeV
Antineutrino tau??nic	$\nu_\tau^c$	0	$\bold{1}$	0	0	$\bold{1}$	< 70 MeV
Quark Top	$t$	+2/3	$\bold{2}$	+1/2	+1/6	$\bold{3}$	173 GeV
Quark Bottom	$b$	-1/3	$\bold{2}$	-1/2	+1/6	$\bold{3}$	~4,7 GeV
Antiquark anti-top	$t c$	-2/3	$\bold{1}$	0	-2/3	$\bold{\bar{3}}$	173 GeV
Antiquark anti-bottom	$b c$	+1/3	$\bold{1}$	0	+1/3	$\bold{\bar{3}}$	~4,7 GeV
* - No s??n les c??rregues ordin??ries (abelianes), que es poden sumar, sin?? les etiquetes de les representacions dels grups de Lie corresponents.