Teoría y belleza

En algún post anterior me hice eco del criterio de muchos conocidos físicos y matemáticos, que sugieren que la belleza es un componente natural en las teorías que explican el funcionamiento del mundo.

El Sr. E (uno que ha elegido complicarse la vida leyendo estas páginas) me ha hecho llegar un correo pidiéndome explayar un poco el llamado Modelo Estandar de la Física de Partículas y, en particular, que opine sobre si el mismo es o no "bello".

Empecemos por el final: no conozco a nadie al que el Modelo Estandar (de aquí en adelante "ME") le parezca bello.

Esto de ninguna manera impide que el ME no sea eficaz para explicar una gran cantidad de cuestiones relacionadas con la física de partículas siendo, hasta ahora, una de las mejores corroboradas a nivel experimental.

Hay que hacer la salvedad, también, que el ME no abarca a una de las fuerzas fundamentales de la Naturaleza, la Gravedad: no se encontró todavía la manera de relacionar a la teoría de campos cuánticos con la Teoría General de la Relatividad.

Pero, mas allá de esto, vuelvo al tema de la belleza.

El problema del ME para ser catalogado como "bello" o "elegante" es que los elementos que lo constituyen son muchos y con "personalidades" variadas.

Casi, como que cada elemento aparece para "tapar aujeros" como si la teoría fuera contruyéndose paso a paso, y no fuera lo suficientemente fuerte para explicar, con mucho menos, una mayor cantidad de cosas.

Definamos un punto de comienzo.

Hay una familia de partículas que están asociadas con la materia. Vamos a llamarlas "Fermiones" porque obedecen a las leyes relacionadas con la estadística formulada por Enrico Fermi.

Hay una segunda familia de partículas que son portadoras de fuerzas, y que llamaremos "Bosones", por estar vinculadas a la estadística formulada por Satyendra Bose y Albert Einstein.

Entonces, fermiones = materia y bosones = fuerzas de interacción.

Hay fermiones elementales (no compuestos por subpartículas) y fermiones compuestos.

Para el equipo de los fermiones elementales juegan el electrón y seis quarks. Hay también partículas de características similares al electrón en cuanto a carga, pero mas pesadas: el muón (o electrón mu) y el tauon (o electrón tau). Otros fermiones son el
El electrón y sus "primos" tienen, además, asociados una partícula por demás interesante: el neutrino ("pequeño neutro"), partícula prevista por Enrico Fermi para explicar ciertos fenómenos de los que posiblemente hablaremos en otra oportunidad.
Hay, decía, un neutrino de electrón, uno de muon y otro de tauon.

Si no me equivoco, la familia de los fermiones elementales cuenta hasta ahora con 12 miembros.

Digo "hasta ahora", porque los fermiones tienen, todos, asociada una antipartícula, que comparte todas las características de su original, salvo que la carga eléctrica es de signo contrario.

La suma, todo incluído, es de 24 fermiones elementales.

Agreguemos algunos datos mas:

- los electrones, muones y tauones tienen carga eléctrica unitaria y negativa (-1). Sus antipartículas tienen carga eléctrica unitaria y positiva (+1).
- los quarks tienen cargas eléctricas fraccionarias, en algunos casos negativas y en otros positivas. Obviamente, sus antipartículas poseen el mismo valor pero de signo contrario.
- los neutrinos (y antineutrinos) son lo mas parecido a la nada posible: casi no tienen masa y no tienen carga eléctrica. Como apenas interactúan con la materia, son muy difíciles de detectar. Es posible hacerlo, sin embargo, dada la enorme cantidad de neutrinos que se producen en los procesos de combustión interna de las estrellas.
- Electrones, muones, tauones y sus neutrinos no son sensibles a las fuerzas nucleares fuertes. A esta sub-familia de fermiones se los llama leptones.
- Los fermiones son reconocidos, hasta ahora, como partículas puntuales. Es decir, su tamaño es casi despreciable y se acepta que no están constituídos por otras partículas menores (otras partículas de materia, como protones y neutrones, están compuestos por quarks).
- Los fermiones (elementales y compuestos) tienen un parámetro que los "ata" a obedecer la estadística de Fermi: el llamado spin. El valor del spin de los fermiones es de 1/2 y puede imaginarse como un indicador del sentido de rotación de la partícula. En realidad, los fermiones elementales, al ser partículas puntuales, no tendrían un centro sobre el que puedan girar, pero el modelo simplificado sirve para que lo entendamos mejor.

Hasta aquí con las partículas de materia. Respecto a las partículas portadoras de fuerzas, como decía mas arriba, se llaman bosones y obedecen a la estadística de Bose-Einstein. Los bosones se ciñen a esta estadística por tener un valor de spin entero (que puede ser de 1, o de 2 en el caso del hipotético gravitrón o de 0 para el esperado bosón de Higgs).

La lista de los bosones elementales, y las fuerzas asociadas a ellos, son:

- el fotón, como portador de la fuerza electromagnética.
- los bosones W y Z, portadores de la fuerza nuclear débil.
- el gluón, mensajero de la fuerza nuclear fuerte.
- el gravitrón, hipotético responsable de la fuerza de la gravedad.
- el bosón de Higgs, teóricamente responsable de la masa de la materia.

Qué significa, para el ME, que haya partículas portadoras de fuerzas? Que cuando partículas de materia son afectadas por fuerzas (ej. dos electrones que se repelen por tener la misma carga), todo ocurre como si entre ellos se intercambiaran partículas.

Bien, hasta aquí llegamos con esta cuestión que, como les recuerdo, trataba de fundamentar mi punto de vista acerca de una complejidad en el ME que me impide calificarlo como bello o elegante.

Conste que faltan partículas y, para muchas de las mencionadas, me falta mencionar cantidad de características que las hacen mas complicadas todavía...