El modelo estándar mínimo resume todo nuestro conocimiento actual sobre la física de partículas elementales.
Cuando se loan sus virtudes se alude a que está basado en la simetría, la belleza de las simetrías locales de aforo (gauge) descritas con la matemática de la teoría de grupos continuos.
El modelo estándar se resume en el producto de grupos de simetría SU(3)×SU(2)×U(1). Una descripción engañosa que oculta toda la complejidad de la teoría (quiralidad, generaciones de partículas, ruptura espontánea de la simetría, etc.).
No entraré en dichos detalles, solo quiero recalcar que el modelo estándar mínimo es eso, mínimo, pues puede ser ampliado fácilmente. Ahora bien, ampliarlo requiere la guía de los experimentos.
La belleza en sí misma no es una guía.
El ejemplo más conocido es la masa de los neutrinos.
Todavía no sabemos cual es la forma correcta de incorporar la masa de los neutrinos en el modelo estándar mínimo, porque hay varias posibilidades que dependen de las propiedades que tengan los neutrinos.
Por ejemplo, no sabemos aún si los neutrinos son partículas de Dirac (neutrino y antineutrino son partículas diferentes) o de Majorana (son la misma partícula). Sea cual sea la respuesta correcta, la teoría para ampliar el modelo estándar ya está desarrollada y el modelo seguirá siendo una teoría de aforo de tipo SU(3)×SU(2)×U(1), ocultando que la inclusión de la masa de los neutrinos requiere importantes cambios en la teoría y la adición de nuevos parámetros. Se ha avanzado mucho en el conocimiento de la física de los neutrinos en la última década, pero todavía los experimentos no han ofrecido respuestas definitivas sobre la manera correcta de incorporar su masa en el modelo estándar mínimo.
El descubrimiento de nuevas partículas en el LHC del CERN implica física más allá del modelo estándar mínimo pero no implica que haya que cambiar los grupos de simetría SU(3)×SU(2)×U(1) en los que se basa.
Se conocen tres generaciones de quarks, (u,d), (c,s) y (t,b).
Podría existir una cuarta generación de quarks (t’,b’) cuya incorporación no cambiaría la simetría SU(3)×SU(2)×U(1).
Según el experimento CDF del Tevatrón con 4’6/fb de colisiones, la masa del quark t’ es mayor que 335 GeV/c² y la masa del quark b’ es mayor
que 385 GeV/c² (ambos al 95% CL).
Con estos límites para la masa de estos quarks de cuarta generación podrían ser detectados en el LHC del CERN el próximo año (si existen).
Nuevos grupos de simetría tendrían que ser incorporados en el modelo estándar mínimo si se descubriesen nuevos bosones vectoriales intermedios.
El descubrimiento de un Z’ (Z-prima) requeriría añadir un nuevo grupo U(1) resultando en SU(3)×SU(2)×U(1)×U(1) y el de nuevos W’± el añadir un nuevo grupo SU(2) resultando en SU(3)×SU(2)×SU(2)×U(1).
Las búsquedas experimentales de estos bosones vectoriales y los tests de precisión para el modelo estándar indican que tienen una masa mayor
de 1 TeV/c² (aunque depende de la búsqueda concreta considerada).
Hay muchos modelos teóricos más allá del modelo estándar que predicen nuevos bosones vectoriales o una cuarta generación de quarks y que implican cambios mucho mayores en el modelo estándar, pero la historia nos dice que el descubrimiento de un nueva partícula es incorporada en el modelo estándar de la forma más sencilla posible, la que aporte el mínimo posible de nuevos parámetros, siempre que sea posible hacerlo de forma compatible con los datos experimentales. Una de las grandes ventajas de que el modelo estándar sea una teoría renormalizable es su facilidad para ser ampliado con un mínimo de cambios.
Por supuesto, la física más allá del modelo estándar también puede implicar otras posibilidades más exóticas, como un grupo de simetría más grande,
la idea de las teorías de gran unificación (GUT). La GUT más sencilla, SU(5)
ya ha sido descartada, pues implica la desintegración del protón con una vida media (estirando mucho todos los parámetros) menor de 10³³ años
y experimentos como SuperKamiokande han demostrado que su vida media es mayor de 7×10³³ años (hay que recordar que se cree que el universo tiene una edad de 13’7 mil millones de años). Aún así, hoy en día no podemos descartar teorías GUT basadas en los grupos de simetría SO(10) y E6.
Pero estos grupos añaden demasiadas nuevas partículas aún por descubrir.
En mi opinión, el avance del modelo estándar será paso a paso, partícula a partícula, con pequeñas correcciones o adiciones al modelo estándar hasta que lo hagan tan engorroso (algunos opinan que ya lo es) como para que merezca la pena un cambio radical de paradigma. Incluso el descubrimiento de una o dos partículas (aparentemente) supersimétricas no significará la reinvidicación de la supersimetría como substituta del modelo estándar.
Se necesitarán muchos años para que la mayoría de los físicos teóricos ACEPTEMOS definitivamente y cambien los libros de texto.
