El concepto de partículas fundamentales e indivisibles se remonta a Los antiguos griegos (un concepto conocido como "atomismo"). En el siglo XX, los físicos comenzaron a explorar lo que sucedía en los niveles más pequeños de la materia, y entre sus descubrimientos modernos más sorprendentes fue la cantidad de partículas diferentes en el universo. Física cuántica predice 18 tipos de partículas elementales, y 16 ya se han detectado experimentalmente. La física de partículas elementales tiene como objetivo encontrar las partículas restantes.
El modelo estándar
El modelo estándar de la física de partículas, que clasifica las partículas elementales en varios grupos, está en el centro de la física moderna. En este modelo, tres de los cuatro fuerzas fundamentales de la física Se describen, junto con los bosones medidores, las partículas que median esas fuerzas. Aunque la gravedad no está técnicamente incluida en el Modelo Estándar, los físicos teóricos están trabajando para extender el modelo para incluir y predecir un teoría cuántica de la gravedad.
Si hay algo que los físicos de partículas parecen disfrutar, es dividir las partículas en grupos. Las partículas elementales son los componentes más pequeños de la materia y la energía. Hasta donde los científicos pueden decir, no parecen estar hechos de combinaciones de partículas más pequeñas.
Desglosando la materia y las fuerzas
Todas las partículas elementales en física se clasifican como fermiones o bosones. La física cuántica demuestra que las partículas pueden tener un "giro" intrínseco distinto de cero, o momento angular, asociado con ellos.
Un fermión (llamado así por Enrico Fermi) es una partícula con un giro de medio entero, mientras que un bosón (llamado así por Satyendra Nath Bose) es una partícula con un número entero o giro entero. Estos giros resultan en diferentes aplicaciones matemáticas en situaciones particulares. Las matemáticas simples de sumar enteros y medios enteros muestran lo siguiente:
- La combinación de un número impar de fermiones da como resultado un fermión porque el giro total seguirá siendo un valor de medio entero.
- La combinación de un número par de fermiones da como resultado un bosón porque el giro total da como resultado un valor entero.
Fermiones
Los fermiones tienen un giro de partículas igual a un valor de medio entero (-1/2, 1/2, 3/2, etc.). Estas partículas constituyen la materia que observamos en nuestro universo. Los dos componentes básicos de la materia son quarks y leptones. Ambas partículas subatómicas son fermiones, por lo que todos los bosones se crean a partir de una combinación uniforme de estas partículas.
Los Quarks son la clase de fermiones que forman hadrones, como protones y neutrones. Los Quarks son partículas fundamentales que interactúan a través de las cuatro fuerzas fundamentales de la física: la gravedad, electromagnetismo, interacción débil e interacción fuerte. Los Quarks siempre existen en combinación para formar partículas subatómicas conocidas como hadrones. Hay seis tipos distintos de quark:
- Quark Inferior
- Quark extraño
- Abajo Quark
- Quark superior
- Charm Quark
- Hasta Quark
Los leptones son un tipo de partícula fundamental que no experimenta una interacción fuerte. Hay seis variedades de leptones:
- Electrón
- Neutrino Electrónico
- Muon
- Muon Neutrino
- Tau
- Tau Neutrino
Cada uno de los tres "sabores" del leptón (electrón, muón y tau) está compuesto por un "doblete débil", la partícula mencionada junto con una partícula neutra prácticamente sin masa llamada neutrino. Por lo tanto, el leptón de electrones es el doblete débil de electrones y neutrinos de electrones.
Bosones
Los bosones tienen un giro de partículas igual a un número entero (números enteros como 1, 2, 3, etc.). Estas partículas median las fuerzas fundamentales de la física bajo teorías de campo cuántico.
- Fotón
- W Boson
- Z Boson
- Gluon
- Bosón de Higgs
- Graviton
Partículas Compuestas
Los hadrones son partículas formadas por múltiples quarks unidos de manera tal que su giro es un valor de medio entero. Los hadrones se dividen en mesones (que son bosones) y bariones (que son fermiones).
- Mesones
- Bariones
- Nucleones
- Hiperones: partículas de vida corta compuestas de quarks extraños.
Las moléculas son estructuras complejas compuestas de múltiples átomos unidos entre sí. El componente químico básico de la materia, los átomos, están compuestos de electrones, protones y neutrones. Los protones y los neutrones son nucleones, el tipo de barión que juntos forman la partícula compuesta que es el núcleo de un átomo. El estudio de cómo los átomos se unen para formar diversas estructuras moleculares es la base de la moderna química.
Clasificación de partículas
Puede ser difícil mantener todos los nombres en línea en la física de partículas, por lo que puede ser útil pensar en el mundo animal, donde dicha denominación estructurada podría ser más familiar e intuitiva. Los humanos son primates, mamíferos y también vertebrados. Del mismo modo, los protones son nucleones, bariones, hadrones y también fermiones.
La desafortunada diferencia es que los términos tienden a sonar similares entre sí. Confundir bosones y bariones, por ejemplo, es mucho más fácil que confundir primates e invertebrados. La única forma de mantener realmente separados estos diferentes grupos de partículas es estudiarlos cuidadosamente y tratar de tener cuidado con el nombre que se está utilizando.
Editado por Anne Marie Helmenstine, Ph. D.