Partículas elementales

Partículas elementales
Modelo Estándar de Partículas Elementales.
Las partículas elementales son los constituyentes
elementales de la materia, no están constituidas por
partículas más pequeñas ni se conoce que tengan
estructura interna.
Originalmente el término partícula elemental se usó
para toda partícula subatómica como los protones y
neutrones, los electrones y otros tipos de partículas
exóticas que sólo pueden encontrarse en los rayos
cósmicos o en los grandes aceleradores de partículas,
como los piones o los muones. Sin embargo, a partir
de los años 1970 quedó claro que los protones y
neutrones son partículas compuestas de otras
partículas más simples. Actualmente el nombre
partícula elemental se usa para las partículas, que
hasta donde se sabe, no están formadas por partículas
más simples.
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•
•
Generación 1: electrón, neutrino electrónico, quark arriba, quark abajo.
Generación 2: muon, neutrino muónico, quark extraño, quark encantado.
Generación 3: tauón, neutrino tauónico, quark fondo, quark cima.
Partículas subatómicas
El estudio de las partículas que forman el núcleo atómico, reveló que estas no eran elementales, sino
que estaban formadas por partículas más simples. Los neutrones, protones y otras partículas
compuestas como el resto de hadrones y los mesones. Tanto los hadrones como los mesones están
constituidos por partículas más pequeñas, llamadas quarks y antiquarks y "nubes" de gluones que los
mantienen unidos.
La lista de partículas subatómicas que actualmente se conocen consta de centenares de estas partículas
subatómicas, situación que sorprendió a los físicos, hasta que fueron capaces de comprender que
muchas de esas partículas realmente no eran elementales sino compuestas de elementos más simples
llamados quarks y leptones que interaccionan entre ellos mediante el intercambio de bosones. En el
modelo estándar, que refleja nuestro estado de conocimiento sobre los constituyentes últimos de la
materia, los quarks, los leptones y los bosones de intercambio se consideran partículas elementales, ya
que no existe evidencia de que a su vez estuvieran formados por otras partículas más "pequeñas".
Si bien las partículas más pesadas (hadrones) y las de masa intermedia (mesones) que respondían a la
interacción fuerte fueron consideradas elementales, actualmente se sabe que son partículas
compuestas. Sólo las partículas más ligeras (leptones) que no resultaban afectadas por la interacción
fuerte, resultaron ser elementales. Los dos tipos de leptones más comunes son los electrones y los
neutrinos, de las que como se ha dicho se cree son realmente elementales. Los neutrinos, entidades que
comenzaron su existencia como artificios matemáticos, ya han sido detectados y forman parte de todas
las teorías físicas de la composición de la materia, de la cosmología, astrofísica y otras disciplinas.
Partículas propiamente elementales
Actualmente se cree que los fermiones ( leptones, quarks ) y bosones gauge, son todos los
constituyentes más pequeños de la materia y por tanto serían partículas propiamente elementales.
Una visión general de las distintas familias de partículas elementales, y las teorías que describen sus
interacciones.
Model estàndard de la física
Segons la teoria acceptada actualment, el model estàndard, les partícules fonamentals es poden
classificar d'acord amb:
•
Leptons. Tenen espín 1/2.
o
o
Electró, muó, tauó. Tenen càrrega elèctrica -e.
Neutrins. No tenen càrrega elèctrica.
•
Quarks. N'hi ha de 6 tipus, anomenats sabors (u, d, s, c, t, b). No es presenten mai sols, sinó
formant partícules compostes. Tenen espín 1/2, i càrrega elèctrica fraccionària.
•
Partícules portadores de les interaccions. Tenen espín sencer i càrrega elèctrica zero (excepte
el bosó W, que té càrrega elèctrica de +-e).
o
o
o
o
•
Fotó. Portador de la interacció electromagnètica.
Gluó. Portador de la interacció forta.
Bosons W i Z. Portadors de la interacció feble.
Gravitó. Portador de la interacció gravitatòria. (Especulació teòrica.)
Partícula de Higgs. Té espín zero. (Especulació teòrica.)
Les partícules subatòmiques compostes es classifiquen en:
•
Barions. Formats per l'agregació de 3 quarks, anomenats també quarks de valència. Els barions
més importants són:
o
o
•
Protó. Té càrrega +e.
Neutró. Té càrrega zero (elèctricament neutre).
Mesons. Formats per 2 quarks de valència.
Els barions i els mesons formen la família dels hadrons.
Per a cada partícula trobem la seva corresponent antipartícula, amb igual massa i espín però amb totes
les càrregues de signe oposat.
Segons la física estadística les partícules es divideixen en:
•
fermions: es caracteritzen per tenir espín semienter i per tant complir el principi d'exclusió de
Pauli (veure: estadística de Fermi-Dirac).
•
bosons: es caracteritzen per tenir espín enter i per tant per seguir l'estadística de Bose-Einstein.