?Hay teor¨ªas alternativas al modelo est¨¢ndar de part¨ªculas?

Ser¨ªa m¨¢s apropiado hablar de extensiones del modelo est¨¢ndar que de alternativas. Si hablamos de alternativas queremos decir que creemos que el modelo est¨¢ndar es incorrecto, pero no es as¨ª. El modelo est¨¢ndar de f¨ªsica de part¨ªculas es a la vez muy exitoso y claramente incompleto. Ha sido capaz de hacer predicciones muy precisas sobre el comportamiento de las part¨ªculas fundamentales, pero no permite responder a algunas de las preguntas m¨¢s profundas sobre el universo.

Lo que nos dice el modelo est¨¢ndar es que todo el universo est¨¢ hecho de unos pocos bloques b¨¢sicos que son las part¨ªculas fundamentales que est¨¢n gobernadas por cuatro fuerzas fundamentales. Sin embargo el modelo est¨¢ndar solo nos permite describir tres de esas fuerzas lo que ya supone una limitaci¨®n. Pero a la vez funciona porque hace posible explicar muy bien lo que observamos y la mayor¨ªa de los resultados experimentales.

Lo que nos dice el modelo est¨¢ndar es que todo el universo est¨¢ hecho de unos pocos bloques b¨¢sicos que son las part¨ªculas fundamentales que est¨¢n gobernadas por cuatro fuerzas fundamentales

El modelo est¨¢ndar es una teor¨ªa desarrollada a principio de los a?os setenta y que ha sido refinada en los a?os siguientes hasta establecerse a d¨ªa de hoy como una teor¨ªa f¨ªsica muy bien probada. No solo hace muchas predicciones correctas, sino que tambi¨¦n nos ha guiado hasta nuevos descubrimientos. Por ejemplo, en 2012, encontramos el bos¨®n de Higgs, la ¨²ltima pieza del rompecabezas prevista por el modelo.

Un problema que tiene el modelo es que solo incluye tres de las cuatro fuerzas fundamentales: la electromagn¨¦tica, la nuclear d¨¦bil y la nuclear fuerte. No incluye la gravedad que es la que conocemos m¨¢s porque nos afecta en mayor medida en la vida cotidiana. Pero es muy dif¨ªcil encajarla c¨®modamente en el modelo est¨¢ndar. Esto es as¨ª porque la teor¨ªa cu¨¢ntica que es la que describe el mundo microsc¨®pico, es decir las part¨ªculas elementales, y la teor¨ªa general de la relatividad que utilizamos para describir el mundo macrosc¨®pico, es decir, el mundo real, son muy dif¨ªciles de encajar en un solo marco de manera matem¨¢ticamente compatible. Aunque en la realidad cuando analizamos la f¨ªsica de part¨ªculas en la escala m¨¢s peque?a el efecto de la gravedad es tan d¨¦bil que resulta insignificante. Por eso, el modelo est¨¢ndar funciona tan bien a pesar de no incluir la gravedad.

Una de las preguntas m¨¢s importantes a las que el modelo est¨¢ndar no aporta de momento respuesta satisfactoria es la f¨ªsica de neutrinos

Una de las preguntas m¨¢s importantes a las que el modelo est¨¢ndar no aporta de momento respuesta satisfactoria es la f¨ªsica de neutrinos. Seg¨²n el modelo est¨¢ndar, los neutrinos son part¨ªculas sin masa. Pero no es as¨ª. Gracias a los experimentos sabemos que tienen masa y que esta es muy peque?a. As¨ª que necesitamos una extensi¨®n del modelo que explique c¨®mo se origina su masa.

Tambi¨¦n hemos descubierto en observaciones astrof¨ªsicas y cosmol¨®gicas el problema de la materia oscura. Gracias a estas observaciones sabemos que el modelo est¨¢ndar solo explica alrededor del 5% del contenido total del universo en cuanto a energ¨ªa y materia. Pero las observaciones nos dicen que un 27% tiene que estar compuesto por materia oscura que interacciona gravitacionalmente con el resto de la materia y que no se puede ver. El modelo est¨¢ndar no ha suministrado ninguna part¨ªcula que pueda ser una buena candidata para la materia oscura. Pero esto es verdad solo en parte porque, por sus caracter¨ªsticas, los neutrinos constituyen una parte m¨ªnima de la materia oscura. Pero para explicarla toda necesitamos una part¨ªcula nueva.

Hay otras limitaciones del modelo aunque pueden deberse simplemente a algo que no acabamos de entender bien. Una de ellas es la simetr¨ªa materia-antimateria. El universo est¨¢ hecho b¨¢sicamente de materia. Sin embargo se podr¨ªa pensar que al principio, cuando se form¨®, se deber¨ªa haber producido materia y antimateria en cantidades casi iguales. Aunque esto no es lo que observamos porque la antimateria es muy, muy poca. Y el modelo est¨¢ndar no nos da ninguna explicaci¨®n del origen de esta asimetr¨ªa.

Y otro problema est¨¢ relacionado con la energ¨ªa oscura, o realmente con contestar a la pregunta de por qu¨¦ se acelera la expansi¨®n del universo. Se supone que est¨¢ relacionada con la energ¨ªa oscura que se supone que constituye alrededor del 68% del cosmos, pero de la que sabemos muy poco. Y esto tampoco lo explica el modelo est¨¢ndar.

Estos son problemas de tipo observacional. Despu¨¦s hay otras caracter¨ªsticas del modelo est¨¢ndar que se a?aden ad hoc y que pueden implicar una falta de comprensi¨®n por nuestra parte. Hay muchas extensiones propuestas, teor¨ªas y modelos que intentan abordar uno o m¨¢s de esos problemas. En mi caso, como trabajo en f¨ªsica de neutrinos y materia oscura, lo que suelo estudiar son extensiones del modelo est¨¢ndar que explican la masa del neutrino, para ello necesitamos generalmente introducir nuevas part¨ªculas que no est¨¢n en el modelo. A veces, esas nuevas part¨ªculas tienen tambi¨¦n las caracter¨ªsticas para ser buenas candidatas a materia oscura y nos permiten as¨ª resolver dos de las limitaciones del modelo est¨¢ndar a la vez.

Valentina De Romeri es doctora en F¨ªsica de Part¨ªculas y Astrof¨ªsica e investigadora del Instituto de F¨ªsica Corpuscular (CSIC-Universitat de Val¨¨ncia).

Pregunta enviada v¨ªa email por Maximiliano Aguilera Echevarria

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