Desde que el ser humano pudo estudiar a los átomos se topó con un mundo extraño, cambiante y confuso. Aun así, ha llamado mucho la curiosidad de los científicos debido a su maravillosa complejidad. Para explicar los fenómenos físicos, los científicos han descubierto y clasificado las múltiples partículas que componen el átomo en el Modelo Estándar. Esta es la teorías más rigurosa y precisa en la física de partículas. Este modelo menciona que existen 17 tipos de partículas llamadas bosones y fermiones que le dan sentido a la realidad; estos últimos se dividen en cuarks y leptones. Hasta ahora se han encontrado seis cuarks, seis leptones y cinco bosones. En este modelo las fuerzas fuerte, débil y electromagnética rigen y explican los distintos fenómenos.
En medio siglo el modelo estándar ha permitido a los investigadores unificar el comportamiento de estas partículas en una sola ecuación para explicar la naturaleza. Sin embargo, aún quedan muchas presuntas por contestar. Por ejemplo, el hecho que la gravedad no encaje en el modelo estándar ha hecho que la investigación continúe.
La gravedad es la fuerza de atracción de dos cuerpos debido a la curvatura del continuo espacio tiempo. Sin embargo, debido a la poca masa que tienen las partículas subatómicas es complicado hacer que esta fuerza explique los fenómenos subatómicos. Pero los físicos teóricos piensan que una partícula subatómica llamada gravitón podría transmitir la gravedad de la misma manera que las partículas llamadas fotones transportan la fuerza electromagnética.
El gravitón fue propuesto en 1930 para poder tratar de explicar la fuerza de gravedad. Sin embargo, no se ha podido comprobar su existencia y por lo tanto sigue siendo hipotética. Aun así, al confirmar la existencia de las ondas gravitacionales se han abierto más cuestiones como el tamaño de estas y cuáles son los límites. Posiblemente al contestar esto, se puedan descubrir los gravitones.
En el modelo estándar, existen un tipo de leptones llamados neutrinos. Estas partículas son muy pequeñas y se podría decir que son los fantasmas del mundo subatómico. Esto debido a que se generan del decaimiento de otras partículas. No poseen carga eléctrica. Casi no interaccionan con las otras partículas a pesar de que estamos siendo bombardeados por ellos constantemente. Cada segundo 650 millones de millones de neutrinos chocan con nosotros. Estas partículas interaccionan principalmente con la fuerza débil y la gravedad. Existen tres tipos de neutrinos: los tau, los muon y los electrón. Según el modelo estándar, los neutrinos no deberían de tener masa ya que son energía del decaimiento nuclear. Sin embargo, los científicos han descubierto que los tres neutrinos oscilan, o se transforman uno en otro, a medida que se mueven. Esta hazaña solo es posible porque los neutrinos tienen masa, muy pequeña, pero la tienen y los científicos no saben por qué.
Adicionalmente, se ha sugerido que podría existir un cuarto neutrino llamado estéril, pero aún no se ha descubierto. Este hecho ha llamado mucho la atención de los físicos y sigue estando sin respuesta.
Otra limitante del modelo estándar es la interacción de materia y antimateria. Durante la fusión y fisión nuclear, así como en las colisiones de partículas, la antimateria está presente. La antimateria son partículas subatómicas de igual masa a las ya existentes, pero con distinta carga. Por ejemplo, para el electrón, existe el positrón y para el protón está el antiprotón. Es decir, un electrón con carga positiva y un protón con carga negativa. Lo importante aquí es que, al colisionar un positrón con un electrón, se aniquilan mutuamente. En otras palabras, se transforman en fotones de alta energía y rayos gamma.
Se piensa que al formarse el universo por el Big Bang tanto la materia como la antimateria se produjeron en partes iguales. No obstante, algo ocurrió que hizo que no hubiera un patrón de aniquilación, sino que solo la materia predominara en el universo. Este desequilibrio entre materia y antimateria no es posible de explicarlo con el modelo estándar. Actualmente se busca ese suceso que provocó que hubiera tanta materia.
Gracias a la gravedad, se sabe que las estrellas de una galaxia se mantienen girando alrededor de un centro gravitacional intenso. Sin embargo, se ha visto que las galaxias giran mucho más rápido que lo que deberían. Según la cantidad de materia visible no es posible que las galaxias tengan ese comportamiento ya que en su defecto debió haber hecho que se separaran. Esto hizo que los científicos propusieran otro tipo de materia que brindara la gravedad suficiente para mantener junta a una galaxia a pesar de su movimiento. Ya que esta materia no se puede ver, se le llamó “materia oscura”. Se piensa que este tipo de materia constituye el 27 % del universo. A pesar de esta abundancia, aun no sabemos con exactitud que es y que la compone, de tal forma que aun no se ha incluido en el modelo estándar. Si fuera posible demostrar que la materia oscura interactúa de alguna manera con la materia normal, entonces se necesitaría un nuevo modelo que pudiera conectarse con el modelo estándar.
Independientemente del tipo de materia que haya, se sabe que el universo está en expansión. No obstante, se ha visto que esa velocidad de expansión no es constante, y que de hecho cada vez va más rápido. En algún momento de la historia del universo, las galaxias estarán mucho más separadas entre si de lo que ya están ahora. Según las observaciones astronómicas, las galaxias se alejan de nosotros a 72 km/s.
En forma análoga a la materia oscura se propuso que esta propiedad del continuo espacio tiempo, a la fecha inexplicable, es causada por la “energía oscura”. Según se ha estimado, el 68 % de la energía es energía oscura. Lo impresionante es que a pesar de que es lo que más existe, no sabemos qué es, como funciona y cómo podría entrar en la teoría del modelo estándar.
No cabe duda de que estas son de las preguntas más grandes a las cuales se ha enfrentado el razonamiento y conocimiento humano. Son el límite de nuestro entendimiento de la realidad. Adicionalmente, otras preguntas deben ser planteadas y contestadas si se quiere esclarecer los misterios de la cuántica y la naturaleza de la materia. Por ejemplo, no se sabe con exactitud porque unas fuerzas son mas fuertes o débiles que otras o cual es la fuente de la geometría del espacio tiempo. Aun estamos lejos de poder lograr la unificación de la física. Incluso si terminamos con una teoría final, única y perfecta más cuestiones se harían respecto a sus límites.
Como siempre gracias por leerme.
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