El mundo cuántico y sus interacciones

Hoy hablaremos de los bosones, un tipo de partículas muy especiales, pero primero de todo tendremos que ver qué es eso del modelo estándar. Dentro del modelo estándar, algo así como la tabla periódica en física, tenemos dos grandes grupos fundamentales de partículas, los fermiones y los bosones. Los fermiones, que a su vez se dividen en distintos grupos, constituyen todas aquellas partículas que se encargan de formar la materia ordinaria, es decir, podríamos explicar que son los ladrillos de nuestro mundo. Los quarks y los electrones son ejemplos de fermiones a cuyos nombres estamos más acostumbrados. Pero, ¿qué necesitamos para que esos ladrillos se mantengan unidos adquiriendo distintas estructuras? O refiriéndonos más al tema que nos concierne, ¿qué permite que estas partículas interactúen entre sí? Exacto, necesitamos cemento, o más bien, partículas transmisoras de fuerza, que es lo que realmente son los bosones.

Como sabemos existen cuatro fuerzas fundamentales (gravedad, electromagnetismo, fuerza nuclear fuerte y fuerza nuclear débil), bien, pues con el modelo estándar hemos conseguido cuantificar tres de ellas, esto quiere decir que hemos conseguido asociarlas a unas partículas concretas que serían las encargadas de su trasmisión a nivel cuántico. O dicho de otra manera, constituirían los haces mínimos que pueden formar estas fuerzas. Según este planteamiento, si encendemos una linterna estamos arrojando un chorro de fotones, de la misma manera, la desintegración β de los núcleos atómicos sería consecuencia de los bosones gauge (W±, Z°). Lo que vemos a escala macroscópica es consecuencia de asociaciones a nivel cuántico.

En cuanto a estas partículas de las que hablamos, los gluones (g) son los responsables de la formación de los núcleos atómicos y los fotones (Υ) de la fuerza electromagnética, mientras que los bosones  gauge (W±, Z°) estarían asociados a la interacción débil. Algunos físicos también creen que la gravedad tendría alguna partícula asociada, a la cual hipotéticamente han denominado gravitón, pero su existencia está aún pendiente de confirmarse.

Por otro lado, todos los bosones tienen espín entero (0, 1,…), el espín es una propiedad física exclusivamente cuántica que correspondería con la rotación de la partícula en torno a su propio eje, algo parecido a la rotación de los planetas. Aunque esto no es del todo así, puede ser de utilidad para entender el concepto. En realidad es una propiedad que toda partícula subatómica tiene de manera intrínseca sin importar si esta se encuentra en movimiento, no es análoga a una explicación mecánica. Lo importante de esto es que permite que las partículas adquieran momento angular intrínseco. En el caso de los bosones, al ser un valor entero no cumplen el principio de exclusión de Pauli, lo que quiere decir que estas partículas pueden coexistir en el mismo estado de energía.

Resumiendo, tenemos una serie de partículas responsables de las cuatro fuerzas fundamentales en el mundo cuántico, unas fuerzas que permiten las interacciones entre los fermiones, los bloques fundamentales que forman la materia. La gravedad se nos queda colgada de toda esta historia, y además, como hemos comentado los bosones tienen espín entero.

Bienvenido a la física de partículas, un mundo que desafía el sentido común.