Unificación
electrodébil

Desintegración beta e interacción débil

La fuerza nuclear débil es responsable de la desintegración beta — el proceso en el que un neutrón se desintegra en un protón, un electrón y un antineutrino. Esto ocurre porque un quark down dentro del neutrón se transforma en un quark up mediante un bosón W⁻. La fuerza débil es la única fuerza que rompe la simetría de sabor de los quarks — es decir, la única capaz de transformar un tipo de quark en otro.

El alcance de la fuerza débil es extremadamente corto — apenas unos 10⁻¹⁸ metros, mucho menor que un protón. Esto se debe a la gran masa de sus bosones portadores: W⁺, W⁻ y Z⁰. Esta masa es la huella directa de la ruptura de simetría de Higgs. A bajas energías, la fuerza débil actúa por tanto como si fuera puntual — así la describió Fermi en su teoría de la desintegración beta de 1934, sin saber que detrás había bosones masivos.

Otra particularidad de la fuerza débil: es máximamente violadora de la paridad. Solo acopla con fermiones levógiros y antifermiones dextrógiros. Los quarks y electrones dextrógiros no participan en la interacción débil. Esta violación máxima de la paridad fue una de las mayores sorpresas de la física de partículas del siglo XX.

Los bosones W y Z

Los bosones W y Z fueron descubiertos en 1983 en el colisionador protón-antiprotón del CERN (SppS) — exactamente con las masas que predecía la teoría electrodébil. Carlo Rubbia y Simon van der Meer recibieron por ello el Premio Nobel en 1984. Fue una prueba triunfal del poder predictivo de la teoría.

Glashow, Salam, Weinberg — una fuerza a partir de dos

En la década de 1960, Sheldon Glashow, Abdus Salam y Steven Weinberg desarrollaron de forma independiente una teoría que describe el electromagnetismo y la fuerza débil dentro de un marco común. La idea central: ambas fuerzas son manifestaciones de una única simetría de gauge SU(2)×U(1), que se rompió tras el Big Bang.

Por encima de una escala de energía de unos 100 GeV — alcanzable en los aceleradores modernos — los bosones W y Z se comportan como si no tuvieran masa y se vuelven comparables a los fotones. El electromagnetismo y la fuerza débil se vuelven entonces indistinguibles. A bajas energías (en la vida cotidiana), la ruptura de simetría de Higgs deshace esta unidad: W y Z adquieren masa, el alcance de la fuerza débil se colapsa, y las dos fuerzas aparecen como radicalmente distintas.

El enigma de la masa del neutrino

En el modelo electrodébil original, los neutrinos no tienen masa — existen únicamente en forma levógira y acoplan exclusivamente con la fuerza débil. Pero los experimentos de oscilación de neutrinos (SNO, Super-Kamiokande, Premio Nobel 2015) demostraron: los neutrinos cambian entre sus tres tipos de sabor — algo que solo es posible si tienen masa.

Esta masa del neutrino no está contemplada en el modelo estándar. Apunta a una posible extensión — quizás neutrinos "estériles" dextrógiros que no acoplan con la fuerza débil, o un llamado mecanismo seesaw, que explica las masas tan pequeñas de los neutrinos a partir de una escala de masa nueva y muy grande. La masa absoluta de los neutrinos individuales sigue sin conocerse con precisión hasta hoy: las mediciones directas (KATRIN, 2025) establecen un límite superior de 0,45 eV/c² para la masa efectiva del neutrino electrónico, mientras que las observaciones cosmológicas (Planck, DESI) restringen la suma de las tres masas de neutrinos de forma mucho más estricta, a menos de aproximadamente 0,07–0,12 eV/c². Ambos son límites superiores — que las masas sean mayores que cero se deduce de los experimentos de oscilación, no de una medición directa de la masa.