If you were to take any everyday object, say a coffee cup, and break it in half, then in half again, and keep carrying on, where would you end up? Could you keep on going forever? Or would you find a set of indivisible building blocks out of which everything is made? Physicists have found the latter- that matter is made of fundamental particles, the smallest things in the universe. Particles interact with each other according to a theory called the “Standard Model”.
Si tomas cualquier objeto ordinario, como una taza de café, y la partes a la mitad, luego partes una mitad a la mitad, y así sucesivamente, ¿dónde terminarías? ¿Podrías continuar indefinidamente? ¿O llegarías hasta unos bloques indivisibles, a partir de los cuales se construye todo? Los físicos han descubierto que la materia está compuesta de partículas fundamentales: los elementos más pequeños del universo. Las partículas interactúan entre sí
The Standard Model is a remarkably elegant encapsulation of the strange quantum world of indivisible, infinitely small particles. It also covers the forces that govern how particles move, interact, and bind together to give shape to the world around us.
de acuerdo a una teoría denominada el "Modelo estándar". El modelo estándar es un conjunto notable de partículas infinitamente pequeñas e indivisibles del extraño mundo cuántico. También incluye las fuerzas que determinan cómo se mueven las partículas,
So how does it work?
cómo interactúan y se unen para dar forma al mundo que conocemos.
Zooming in on the fragments of the cup, we see molecules, made of atoms bound up together. A molecule is the smallest unit of any chemical compound. An atom is the smallest unit of any element in the periodic table.
¿Cómo funciona? Si agrandamos los fragmentos de la taza, veremos moléculas formadas por un conjunto de átomos. La molécula es la unidad más pequeña de cualquier compuesto químico.
But the atom is not the smallest unit of matter. Experiments found that each atom has a tiny, dense nucleus, surrounded by a cloud of even tinier electrons. The electron is, as far as we know, one of the fundamental, indivisible building blocks of the universe. It was the first Standard Model particle ever discovered. Electrons are bound to an atom’s nucleus by electromagnetism. They attract each other by exchanging particles called photons, which are quanta of light that carry the electromagnetic force, one of the fundamental forces of the Standard Model.
El átomo es la unidad más pequeña de cualquier elemento de la tabla periódica. Pero el átomo no es la unidad más pequeña de la materia. Los experimentos han demostrado que cada átomo tiene un núcleo diminuto y denso, rodeado por una nube de electrones que son incluso más diminutos. El electrón es, hasta donde sabemos, uno de los bloques fundamentales e indivisibles que construyen el universo. Fue la primera partícula fundamental del modelo estándar que se descubrió. Los electrones se encuentran unidos al núcleo del átomo vía electromagnetismo. Interaccionan intercambiando partículas llamadas fotones, partículas mínimas de energía luminosa que tienen fuerza electromagnética,
The nucleus has more secrets to reveal, as it contains protons and neutrons. Though once thought to be fundamental particles on their own, in 1968 physicists found that protons and neutrons are actually made of quarks, which are indivisible. A proton contains two “up” quarks and one “down” quark. A neutron contains two down quarks and one up.
una de las fuerzas fundamentales del modelo estándar. El núcleo tiene más secretos que desvelar, ya que contiene protones y neutrones. Si bien antes se pensaba que eran partículas fundamentales, en 1968 los físicos descubrieron que protones y neutrones están formados por quarks, que sí son indivisibles. Un protón está formado por dos quarks arriba y uno abajo.
The nucleus is held together by the strong force, another fundamental force of the Standard Model. Just as photons carry the electromagnetic force, particles called gluons carry the strong force. Electrons, together with up and down quarks, seem to be all we need to build atoms and therefore describe normal matter. However, high energy experiments reveal that there are actually six quarks– down & up, strange & charm, and bottom & top - and they come in a wide range of masses. The same was found for electrons, which have heavier siblings called the muon and the tau. Why are there three (and only three) different versions of each of these particles? This remains a mystery.
Un neutrón formado por dos quarks abajo y uno arriba. El núcleo se mantiene unido por la interacción fuerte, otra fuerza fundamental del modelo estándar. Así como los fotones son portadores de fuerza electromagnética, las partículas llamadas gluones son portadores de la interacción fuerte. Los electrones, junto a los quarks arriba y abajo, parecen ser todo lo necesario para construir átomos y describir la materia. Sin embargo, los experimentos de físicos de partículas revelan que existen seis quarks: arriba, abajo, extraño, encanto, cima y fondo que tienen distinta masa. Se descubrió lo mismo en relación a los electrones, que tienen hermanos más pesados denominados muón y tau. ¿Por qué existen tres y únicamente tres versiones diferentes de cada una de estas partículas? Continúa siendo un misterio.
These heavy particles are only produced, for very brief moments, in high energy collisions, and are not seen in everyday life. This is because they decay very quickly into the lighter particles.
Estas partículas pesadas solo son producidas por momentos muy breves, en colisiones a alta energía, y no pueden verse en la vida diaria. Esto se debe a que se descomponen rápidamente en partículas más livianas.
Such decays involve the exchange of force-carrying particles, called the W and Z, which – unlike the photon – have mass. They carry the weak force, the final force of the Standard Model. This same force allows protons and neutrons to transform into each other, a vital part of the fusion interactions that drive the Sun. To observe the W and Z directly, we needed the high energy collisions provided by particle accelerators.
Tal descomposición implica el intercambio de partículas portadoras, denominadas 'W' y 'Z', las cuales, a diferencia de los fotones, tienen masa. Son portadoras de la interacción débil, la última fuerza del modelo estándar. Esta misma fuerza permite a los protones y neutrones transformarse unos en otros, parte vital de las fusiones nucleares que se dan en el Sol. Para observar a W y Z de forma directa, necesitaríamos colisiones a alta energía proporcionadas por un acelerador de partículas.
There’s another kind of Standard Model particle, called neutrinos. These only interact with other particles through the weak force. Trillions of neutrinos, many generated by the sun, fly through us every second. Measurements of weak interactions found that there are different kinds of neutrinos associated with the electron, muon, and tau.
Existe en del modelo estándar otro tipo de partícula denominada neutrino, que solo interactúa con otras partículas a través de la interacción débil. Billones de neutrinos, muchos generados por el Sol, nos atraviesan a cada segundo. Mediciones de la interacción débil demostraron que hay diferentes tipos de neutrinos
All these particles also have antimatter versions, which have the opposite charge but are otherwise identical. Matter and antimatter particles are produced in pairs in high-energy collisions, and they annihilate each other when they meet.
asociados a los electrones, a los muones y a los tau. Todas estas partículas también tienen sus versiones antimateria, que son idénticas, pero con carga opuesta. Las partículas de la materia y la antimateria se producen en pares en colisiones a alta energía, y se destruyen mutuamente al encontrarse.
The final particle of the Standard Model is the Higgs boson – a quantum ripple in the background energy field of the universe. Interacting with this field is how all the fundamental matter particles acquire mass, according to the Standard Model. The ATLAS Experiment on the Large Hadron Collider is studying the Standard Model in-depth. By taking precise measurements of the particles and forces that make up the universe, ATLAS physicists can look for answers to mysteries not explained by the Standard Model.
La última partícula del modelo estándar es el Bosón de Higgs, una onda cuántica en el campo de energía del universo. Al interactuar con este campo, todas las partículas fundamentales de la materia adquieren masa, de acuerdo al modelo estándar. El experimento ATLAS en el Gran colisionador de hadrones estudia el modelo estándar en profundidad. Al realizar mediciones precisas de las partículas y las fuerzas que conforman el universo, los físicos de ATLAS pueden buscar respuestas a los misterios aún no explicados por el modelo estándar.
For example, how does gravity fit in? What is the real relationship between force carriers and matter particles? How can we describe “Dark Matter”, which makes up most of the mass in the universe but remains unaccounted for? While the Standard Model provides a beautiful explanation for the world around us, there is still a universe’s worth of mysteries left to explore.
Por ejemplo, ¿cómo encaja la gravedad en este modelo? ¿Cuál es la relación real entre las partículas portadoras y las de la materia? ¿Cómo podemos describir la "materia oscura" que compone la mayor parte de la masa del universo pero aún no se entiende del todo? Si bien el modelo estándar nos brinda una colorida explicación sobre el mundo, todavía nos queda todo un universo lleno de misterios por explorar.