¿Cuántas partículas elementales existen en la Naturaleza? los físicos han buscado una respuesta a esta interrogante por mucho tiempo. ¿Serán suficientes las 12 partículas elementales del modelo estándar? ¿O se necesitan más experimentos en los grandes aceleradores de partículas para llegar a la verdad? Aparentemente ya hay una primera respuesta, elaborada por investigadores de KIT, CERN y la Universidad de Humboldt, que aparecieron en la publicación especializada Physical Review Letters.
Las partículas de la materia, también llamadas fermiones, son los componentes elementales del universo. Forman todo lo que podemos ver en el universo. “Por mucho tiempo, sin embargo, no estaba claro si conocíamos todos sus componentes”, explica Ulrich Nierste, profesor del KIT. En el modelo estándar sólo se conocen doce fermiones. Basados en sus propiedades similares, están divididos en tres generaciones de cuatro partículas cada uno. Solamente la primera generación de partículas ocurre en cantidades apreciables fuera de los aceleradores de partículas. Entre estas partículas están el electrón, el neutrino, dos quarks (para partículas normales y para partículas pesadas), estas últimas como los protones y neutrones, es decir, todos los elementos de un sistema periódico.
“¿Pero qué hay de las siguientes generaciones, la segunda y la tercera? ¿Son necesarias? ¿Podría haber incluso más generaciones de partículas?”, preguntan los investigadores, autores del artículo, Martin Wiebusch y Ottol Eberhardt. Al menos la última pregunta está respondida: ” hay exactamente tres generaciones de fermiones en el modelo estándar de partículas”.
Para su análisis, los investigadores combinaron los últimos datos recogidos del acelerador de partículas LHC y el Tevatrón, con muchos resultados sobre las medidas ya conocidos con respecto a las partículas, tales como el bosón Z en uno de los quarks. El resultado del análisis estadístico es que la existencia de más fermiones puede ser excluido con una probabilidad de 99.99999 (5.3 sigma). El dato más importante usado en este análisis viene del reciente descubrimiento de la partícula de Higgs.
La partícula de Higgs le da a las demás partículas su masa. No se han detectado fermiones adicionales directamente en los experimentos del acelerador y si existiesen, tendrían que ser más pesados que los fermiones hasta ahora conocidos. Así, estos fermiones interactuarían más fuertemente. Esxta interacción podría modificar entonces las propiedades de la partícula de Higgs de manera que podría entonces no detectarse. Por ende, gracias a los experimentos del CERN, la primera gran pregunta abierta de la física parece estar resuelta.
Dicen los científicos: “con el modelo estándar el número de fermiones está ahora firmemente establecido”. Hay sin embargo otras interesantes preguntas que responder. Se requiere descubrir las propiedades de la partícula de Higgs, así como entender por qué hay más materia en el universo que antimateria. La física sin duda sigue siendo un eterno enigma.
Referencias: