L'abecé de l'univers i les seves partícules

L'abecé de l'univers i les seves partícules

L'abecé de l'univers i les seves partícules

Dr. Josep Campmany ALBA/Cells Actualitzat
Col·lisió entre protons en l'experiment del CERN (Foto: EFE)

Col·lisió entre protons en l'experiment del CERN (Foto: EFE)

Tot l'univers conegut, el seu contingut i el seu esdevenir (per tant, tots els objectes materials i fenòmens físics, químics i biològics) es pot expressar com una combinació de quatre partícules fonamentals i quatre interaccions bàsiques.

Les quatre partícules fonamentals són: electró, neutrí, quark dalt i quark baix. Aquestes quatre partícules, les seves respectives antipartícules, els seus múltiples (denominats també "estats quàntics excitats") i les seves combinacions conformen tota la matèria coneguda. Les quatre interaccions fonamentals es coneixen com a "forces", i són la força gravitatòria, la força electromagnètica, la força feble i la força forta. La primera és responsable de l'atracció dels grans cossos amb massa (cosmologia, dinàmica celeste), la segona és responsable de l'atracció/repulsió a escales petites de cossos amb càrrega elèctrica (electricitat, química, biologia), la tercera és la responsable de la radioactivitat (energia atòmica feble) i la quarta és la responsable de mantenir units els protons i neutrons (energia nuclear forta).
 
No existeix encara cap teoria que pugui explicar, per si sola, les interaccions entre els quatre tipus de partícules (i derivades) a través de les quatre forces. Ara bé, sí que hi ha una teoria que explica per si sola les interaccions entre els 4 tipus de partícules (i derivades) i tres de les anteriors forces: l'electromagnètica, la feble i la forta. Aquesta teoria es denomina "model estàndard de la física de partícules". Aquest "model estàndard" no és un "model complet", ja que deixa fora la gravitació, però de moment és el que tenim. El "model estàndard" assumeix que les tres forces que inclou es poden descriure també com a partícules: el fotó per a la força electromagnètica, el bosó per a la força feble i el gluó per a la força forta.
 
En total, doncs, el "model estàndard" inclou set tipus diferents de partícules elementals. Però no explica per què algunes partícules tenen massa i d'altres (com el fotó) no.

Per explicar això, el senyor Higgs i altres van suggerir als anys seixanta l'existència d'una altra partícula, el bosó de Higgs, que ella sola explicaria per què unes partícules -inclosa ella mateixa- tenen massa i d'altres no, i per què les masses de cadascuna tenen el valor que tenen.
 
Depenent del valor de la massa del bosó de Higgs, les partícules elementals tindrien una massa o una altra, o hi hauria d'haver més partícules elementals, ara per ara desconegudes. La descoberta del bosó de Higgs, amb el valor de massa anunciat, confirma que el "model estàndard" és plenament vàlid i que, per tant, no hi ha més partícules elementals que les suposades fins ara.

D'altra banda, a la física teòrica li queda per integrar en una teoria única la força de la gravetat. Hi ha diverses idees i propostes per a aquesta teoria única. Les més populars es denominen "extensions supersimètriques del model estàndard", i uns casos particulars d'aquestes són les "teories de supercordes". Cadascuna d'aquestes teories, que en integrar la gravetat descriuen fenòmens cosmològics (com l'origen de la "massa fosca" de l'univers), assigna un valor a la massa del bosó de Higgs.

Per això, a més de constatar l'existència del bosó de Higgs, de la qual pocs dubtaven, la importància de l'experiment fet al CERN és haver determinat amb força exactitud la massa d'aquest bosó, cosa que obre la porta, en els futurs anys, a acabar d'elaborar sobre bases experimentals un model físic que inclogui totes les partícules i totes les forces existents: la "teoria de la gran unificació", o "teoria del tot".


Nota final: Al "bosó de Higgs" se l'anomena també "partícula de Déu". El nom prové del títol d'un llibre divulgatiu de Leon Lederman anomenat "The God particle: If the Universe is the answer, what is the question?". Però l'autor explica -no se sap si en conya- que l'editor li va canviar el nom del llibre, que ell hauria titulat originalment "The Goddamn particle: If the Universe is the answer, what is the question?", que vol dir, literalment: "La refotuda partícula: si l'univers és la resposta, quina és la pregunta?"


Dr. Josep Campmany (ALBA/Cells)