¿Por qué las partículas fundamentales estables son fermiones?

El modelo estándar evolucionó para adaptarse a las mediciones y observaciones. Las observaciones tienen una posición axiomática en cualquier modelo diseñado para ajustarse a las observaciones.

Las matemáticas permiten elegir diferentes conjuntos de axiomas, convirtiendo teoremas en axiomas y axiomas anteriores demostrables como teoremas. De manera similar, los postulados que vinculan un subconjunto de relaciones matemáticas para describir las medidas se pueden cambiar y los nuevos postulados matemáticamente más simples los reemplazan, pero los de observación todavía están ahí para ser probados a partir de los postulados. En otras palabras, en un modelo de física siempre hay declaraciones que son axiomáticas, conectadas con observaciones. Un pelado final de la cebolla, preguntando “por qué”, dará al final un “porque eso es lo que se observa”.

Entonces, el "por qué las partículas fundamentales son fermiones" da en la conservación del número bariónico como una hipótesis validada, y la observación de que el protón tiene un espín 1/2 así como el electrón tiene un espín 1/2, y ambos son estables.

A partir de estas tres observaciones/medidas y leyes de conservación, la complejidad de las interacciones entre partículas, a partir de la dispersión de protones, electrones y fotones, ha revelado el número de partículas fundamentales en la tabla :

Las leyes de conservación, también básicas y axiomáticas de las observaciones, del momento, la energía y el momento angular han llevado a esta tabla, de modo que un modelo matemáticamente consistente, el modelo estándar, podría encajar y así encapsular la plétora de datos.

Por lo tanto, son las dos partículas estables cotidianas de protones y electrones las que subyacen a las determinaciones de espín de todas las partículas elementales en la tabla usando leyes de conservación. Sucede que solo el fotón es un bosón estable, pero el "sucede" es una observación física.

En otras palabras, los pensadores no se sentaron y pensaron "supongamos que la mayoría de las partículas estables son fermiones y veamos si esto se ajusta a los datos, si existe un mundo estable" . El modelo matemático evolucionó para ajustarse a los datos.

¿Podría uno, en principio, hacer un modelo consistente donde las partículas fundamentales estables sean bosones?

Si estás preguntando por el mundo en el que vivimos, la respuesta es no : porque la estabilidad de la materia tal como la conocemos depende mucho del principio de exclusión de Pauli , también un postulado observacional.

Dentro del modelo estándar, cualquier desintegración de partículas finalmente termina en las mismas partículas fundamentales estables, es decir, los quarks u y d, el electrón y los neutrinos.

No es cierto: las cadenas de desintegración también pueden terminar en fotones estables y, a temperaturas lo suficientemente altas como para crear plasmas de quarks y gluones, también pueden terminar en quarks o gluones. En general, las partículas se descomponen en partículas más ligeras cuyos productos de desintegración total tienen los mismos números cuánticos totales conservados de carga de color, isospín débil, carga eléctrica, hipercarga débil, número de bariones, número de electrones, número de muones y número tau. (Las oscilaciones de neutrinos permiten interacciones que violan el número de electrones, muones y tau individualmente, pero conservan su "número de leptones" total).

Piénsalo de paso que la estabilidad de las propiedades de las partículas subatómicas en nuestro entorno nos permite encontrar las mismas condiciones para la vida. Un cuchillo sería un cuchillo tanto en África como en Australia y en la estación espacial.

Hay algunos momentos que son importantes:

1. Si el intercambio de energía entre las partículas subatómicas fuera binario, es decir, solo existirían fotones de un contenido de energía, los electrones en los átomos estarían solo en dos estados, excitados o no, y este sería un mundo muy pobre. Entonces los bosones son una clase de partículas muy importantes.
2. Los fotones tienen momentos dipolares eléctricos y magnéticos oscilantes. Pero solo dos fotones, de la misma energía, pueden tener un estado simbiótico (agrupación de fotones), los cúmulos más grandes (conectados a través de sus momentos dipolares magnéticos y eléctricos) no son posibles.
3. La estabilidad mencionada anteriormente de nuestro entorno es solo una propiedad local. Cerca de un conglomerado de materia, mucho más grande en relación con nuestro sol, el potencial gravitacional transforma el mundo acostumbrado. Los electrones o protones ya no existen, solo los neutrones. Bajo un potencial gravitacional más alto, los neutrones ya no existen, solo el plasma de gluones y quarks. En los agujeros negros, para ser especulativos, quizás incluso los fotones se funden en constituyentes.

Lo que ha hecho la ciencia es la clasificación de las partículas elementales fundadas en el modelo estándar y la división de estas partículas en constituyentes de materia y constituyentes de intercambio (de energía).