Partículas elementales
En la física de partículas, los preones son partículas puntuales, concebidas como subcomponentes de los quarks y los leptones[1]. La palabra fue acuñada por Jogesh Pati y Abdus Salam, en 1974. El interés por los modelos de preones alcanzó su punto álgido en la década de 1980, pero se ha ralentizado, ya que el Modelo Estándar de la física de partículas sigue describiendo la física, en su mayoría con éxito, y no se han encontrado pruebas experimentales directas de la composición de leptones y quarks. Los preones vienen en cuatro variedades, más, anti-más, cero y anti-cero. Los bosones W tienen seis preones y los quarks sólo tres.
En el sector hadrónico, algunos efectos se consideran anomalías dentro del Modelo Estándar. Por ejemplo, el rompecabezas del espín del protón, el efecto EMC, las distribuciones de cargas eléctricas en el interior de los nucleones, tal y como encontró Hofstadter en 1956,[2][3] y los elementos matriciales ad hoc del CKM.
Cuando se acuñó el término “preón”, fue principalmente para explicar las dos familias de fermiones de espín 1/2: quarks y leptones. Los modelos de preones más recientes también tienen en cuenta los bosones de espín-1, y siguen llamándose “preones”. Cada uno de los modelos de preones postula un conjunto de partículas fundamentales menos numerosas que las del Modelo Estándar, junto con las reglas que rigen la combinación e interacción de esas partículas fundamentales. Basándose en estas reglas, los modelos de preones intentan explicar el Modelo Estándar, a menudo prediciendo pequeñas discrepancias con este modelo y generando nuevas partículas y ciertos fenómenos, que no pertenecen al Modelo Estándar.
Cuántas partículas hay en el universo
Ir a escalas de distancia cada vez más pequeñas revela puntos de vista más fundamentales de la naturaleza, lo que significa… [+] que si podemos entender y describir las escalas más pequeñas, podemos construir nuestro camino hacia la comprensión de las más grandes.
¿De qué está hecho el Universo, a nivel fundamental, realmente? ¿Existe un bloque de construcción lo más pequeño posible, o un conjunto de bloques de construcción, con el que podamos construir todo lo que hay en nuestro Universo y que, además, nunca pueda dividirse en algo más pequeño? Es una pregunta sobre la que la ciencia puede decir mucho, pero no necesariamente nos da la respuesta final. También es la pregunta que Paul Riggs quiere que analicemos en esta edición de Pregúntale a Ethan:
En 1860, un meteorito rozó la Tierra y produjo un espectacular despliegue de luz. Estos espectáculos naturales… [+] vistas, junto con los fenómenos naturales a los que estamos acostumbrados, podrían llevar a una mente lógica a intentar deducir qué bloques de construcción fundamentales podrían sustentar toda nuestra realidad.
Si quisieras saber de qué está hecho el Universo, ¿cómo abordarías el problema? Hace miles de años, la ideación imaginativa y la aplicación de la lógica eran las mejores herramientas que teníamos. Conocíamos la materia, pero no teníamos forma de saber qué la componía. Se planteó la hipótesis de que había unos pocos ingredientes fundamentales que podían combinarse entre sí -de diversas maneras y en diferentes condiciones- para crear todo lo que existe hoy.
Partícula fantasma
Desde la década de 1930, los científicos utilizan los aceleradores de partículas para conocer la estructura de la materia y las leyes físicas que rigen nuestro mundo. Estos aceleradores son algunas de las herramientas experimentales más potentes que existen, ya que propulsan las partículas hasta casi la velocidad de la luz y luego las hacen colisionar para que los físicos puedan estudiar las interacciones resultantes y las partículas que se forman.
Muchos de los mayores aceleradores de partículas tienen como objetivo comprender los hadrones, partículas subatómicas como los protones o los neutrones que están formadas por dos o más partículas llamadas quarks. Los quarks se encuentran entre las partículas más pequeñas del universo y sólo llevan cargas eléctricas fraccionarias. Los científicos tienen una buena idea de cómo los quarks forman hadrones, pero las propiedades de los quarks individuales han sido difíciles de descifrar porque no pueden ser observados fuera de sus respectivos hadrones.
Utilizando el superordenador Summit, ubicado en el Laboratorio Nacional de Oak Ridge del Departamento de Energía, un equipo de físicos nucleares dirigido por Kostas Orginos en la Instalación del Acelerador Nacional Thomas Jefferson y en William & Mary ha desarrollado un método prometedor para medir las interacciones de los quarks en los hadrones y ha aplicado este método a simulaciones que utilizan quarks con masas cercanas a la física. Para llevar a cabo las simulaciones, el equipo utilizó una potente técnica computacional denominada cromodinámica cuántica de red, o LQCD, unida a la potencia de cálculo de Summit, el superordenador más rápido del país. Los resultados se han publicado en Physical Review Letters.
Lo más pequeño del universo
En la física de partículas, una partícula elemental o fundamental es una partícula subatómica que no está compuesta por otras partículas[1]. Las partículas que actualmente se consideran elementales incluyen los fermiones fundamentales (quarks, leptones, antiquarks y antileptones), que generalmente son “partículas de materia” y “partículas de antimateria”, así como los bosones fundamentales (bosones gauge y el bosón de Higgs), que generalmente son “partículas de fuerza” que median las interacciones entre los fermiones[1].
La materia ordinaria se compone de átomos, que en su día se consideraron partículas elementales (atomos significa “incapaz de ser cortado” en griego), aunque la existencia del átomo siguió siendo controvertida hasta aproximadamente 1905, ya que algunos físicos importantes consideraban que las moléculas eran ilusiones matemáticas y que la materia estaba compuesta, en última instancia, por energía. [A principios de la década de 1930 se identificaron por primera vez los componentes subatómicos del átomo: el electrón y el protón, junto con el fotón, la partícula de la radiación electromagnética[1]. En esa época, la reciente llegada de la mecánica cuántica estaba alterando radicalmente la concepción de las partículas, ya que una sola partícula podía abarcar aparentemente un campo como lo haría una onda, una paradoja que aún no tiene una explicación satisfactoria[3][4].