Interacciones de Partículas en el Modelo Estándar

El modelo estándar de la física de partículas busca describir las interacciones electromagnéticas, débiles, y fuertes de las partículas. En la actualidad, no existe un tratamiento mecánico cuántico comparable para la gravedad , la cuarta fuerza fundamental. El modelo estándar describe a las partículas que son los componentes básicos del universo, incluyendo los quarks (que forman los protones y los neutrones) y los leptones (que incluyen los electrones), así como las partículas portadoras de fuerza que influyen en los quarks y los leptones.

Las partículas estructurales son los fermiones con espín 1/2, mientras que las partículas portadoras de fuerza son los bosones con espín 1. Con el descubrimiento del bosón de Higgs con espín 0 en 2012, el concepto de que el campo de Higgs impregna todo el espacio recibió una fuerte confirmación. Parte de ese concepto es que la masa en el nivel más fundamental proviene de la interacción con el campo de Higgs.

Gráfico activo, hágase clic en cualquier punto.

El diagrama anterior utiliza estructuras extendidas para mostrar aquellas partículas que interactúan directamente con el campo de Higgs en un punto arbitrario del campo de Higgs. El campo de Higgs es constante en todo el espacio, por lo que la contribución de masa resultante es la misma en cualquier punto. Los fotones y los gluones son bosones que no interactúan con el campo de Higgs y se consideran bosones vectoriales sin masa. Las partículas que sí interactúan reciben masas que son proporcionales a la fuerza de esa interacción. Las partículas W y Z son las partículas de intercambio asociadas con la interacción nuclear débil. Interactúan fuertemente con el campo de Higgs y, por tanto, tienen grandes masas y cortos alcances. La extremadamente pequeña masa del neutrino sugiere una interacción con el campo de Higgs muy débil, aunque distinta de cero.

Aunque todos los átomos y la materia ordinaria contienen masa que surge de las interacciones de sus partículas fundamentales con el campo de Higgs, normalmente es una pequeña fracción de la masa. Los electrones interactúan con el campo de Higgs y su energía de masa es de 0,511 MeV. Sin embargo, los dos quarks up y un quark down del protón, podrían proyectarse a tener una masa de alrededor de 10 MeV, esto es comparable con la energía real de la masa del protón de 938 MeV.