¿Por qué existen 12 partículas elementales y no otro número?

Una pregunta que cuestiona los principios de la Física, y que formula Jesús Álvarez, doctor en Físicas. ¡Pero así funciona la ciencia! No se puede dar nada por supuesto sin comprobarlo antes... Responden nuestros colegas del Grupo de Física Experimental de Altas Energías de la Universidad de Oviedo Lara Lloret y Santiago Folgera.

Los científicos de hoy en día no saben realmente si esas 12 son las únicas partículas elementales o existen aún más que de momento se mantienen inaccesibles para los aceleradores de partículas actuales.

Hagamos un breve repaso a las partículas elementales que se conocen hasta ahora. Además del electrón existen también otros dos leptones con carga eléctrica: el muón, que fue descubierto en rayos cósmicos en 1930, y el tau, descubierto en 1975. El muón y el tau tienen las mismas propiedades que el electrón, excepto que son mucho más pesadas. Un muón pesa aproximadamente 200 veces más que un electrón, mientras que un tau es 4.000 veces más pesado.

Por cada leptón eléctricamente cargado existe un neutrino (que no posee carga eléctrica). Durante mucho tiempo se pensó que los neutrinos no tenían masa, pero hoy en día se sabe que no es así, aunque su masa es muy pequeña comparada con la de los electrones.

En la actualidad sabemos que existen tres tipos distintos de leptones. Del mismo modo existen únicamente tres tipos diferentes de quarks. No existe una respuesta a por qué hay sólo tres tipos de familias. Sin embargo, estamos razonablemente seguros de que hay solamente tres tipos distintos de neutrinos.

La mejor medida que existe de la cantidad de neutrinos que existen viene del estudio de la desintegración del bosón Z (uno de los mediadores de la interacción débil). Esta partícula puede desintegrarse en un neutrino cualquiera junto con su correspondiente antineutrino. Cuanto mas tipos de neutrinos existan, menor será la vida media del bosón Z.

Medidas indirectas de dicha vida media han probado que el número de tipos distintos de neutrinos es 3 (siempre y cuando se trate de neutrinos con una masa inferior a la mitad de la masa del bosón Z). La correspondencia entre los seis quarks del modelo estándar y los seis leptones, entre los que se encuentran los tres neutrinos, hace intuir a los físicos que debería haber exactamente tres tipos de neutrinos, ni más ni menos.

Para saber más

Cómo (y para qué) descubrir la partícula de Higgs, artículo del investigador de la Universidad de Barcelona Hugo Ruiz, accésit del II concurso de divulgación del CPAN

Se busca una nueva partícula, el axión, para explicar la materia oscura, noticia sobre el experimento CAST del CERN, donde participan investigadores de la Universidad de Zaragoza

Explicación del Modelo Estándar de Física de Partículas y Más allá del Modelo Estándar, secciones de la web didáctica La aventura de las partículas