Partículas fundamentales

FÍSICA
Física nuclear: Partículas fundamentales
I.E.S. Vicente Medina
Introducción al
fundamentales
estudio
de
las
J.A. Carrasco
partículas
Con los años, la idea del modelo planetario del átomo se cambió
por una visión cuántica: el electrón se concibe como una
distribución en el espacio, la cual envuelve al núcleo. En dicha
distribución existe la probabilidad de encontrar un electrón. Esta
visión obligó a desechar la idea de un objeto puntual.
A partir de principios simples del electromagnetismo podemos
entender que los electrones giran en torno al núcleo, debido a
que el electrón posee carga eléctrica negativa y el núcleo que
posee carga eléctrica positiva.
Clasificación de las partículas subatómicas.
Actualmente hay dos criterios básicos para la clasificación de
partículas subatómicas: según el valor de su spin y según su
estructura.
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Clasificación según el valor de su spin
Según el valor de su spin las partículas se clasifican en:
Ahora preguntémonos: ¿ son los mencionados protones y
neutrones la división más elemental y fundamental de la
materia?. Aquí la palabra fundamental tiene un significado
bastante importante. Se quiere expresar que estas partículas,
que forman toda la materia, no tienen estructura interna y son la
expresión más simple de la materia e interacciones que se
pueden dar en la naturaleza. A partir de ellos se forma todo, dan
origen a los protones y neutrones, los cuales forman distintos
tipos de átomos, los que a su vez, forman toda la materia
existente. También se pensó que las interacciones que ocurren
entre los cuerpos son producidas por unas pocas partículas
fundamentales, y son ellas las responsables de todas las que
ocurren en la naturaleza.
En la década de los cincuenta se comenzó a hacer experimentos
con aceleradores de partículas, la función de estos aparatos es
dar gran velocidad a las mismas (protones y neutrones). Estas
empiezan a chocar en el interior del acelerador y en esos años
dieron origen a partículas que nunca se habían detectado, los
físicos comenzaron a llamarlas con las letras del alfabeto griego
(pi, omega, delta, etc.), pero con los años las letras del alfabeto
griego se hicieron insuficientes para bautizar a las nuevas
partículas que se seguían descubriendo. Además, muchas de estas
nuevas partículas no se ajustaban a ningún modelo teórico.
Por otra parte, los resultados experimentales que se obtenían de
las partículas después de pasar por la cámara de niebla eran de
mucha utilidad. La cámara de niebla, es un recipiente cerrado
lleno de algún gas que se ioniza fácilmente. Cuando pasa una
partícula cargada eléctricamente se observa un haz luminoso que
muestra la trayectoria de la partícula. El estudio de esa
trayectoria nos entrega datos de los cuales se deduce su masa,
velocidad, tiempo que vive la partícula, etc.
En aquella época se pensó que los protones y neutrones no tenían
estructura interna, pues la mayoría de los electrones lanzados
contra un protón lo atravesaban casi sin desviarse, pero unos
cuantos rebotaban en distintas direcciones. Esto era la evidencia
de que los protones están formados por partículas más pequeñas,
pero hasta el momento se suponía que los protones y neutrones
no tenían una estructura interna. Murray, Gell-Mann y George
Zweig propusieron en 1965 que todas las partículas que
interactúan fuertemente entre sí, están formadas a su vez de
unas partículas aún más fundamentales, que Gell-Mann llamó
“quarks”, cuyas cargas eléctricas son 1/3 ó 2/3 de la carga de
un electrón.
El hecho de que los protones y neutrones no son partículas
fundamentales quedó establecido entre 1967 y 1973 gracias a una
serie de experimentos realizados con el acelerador de partículas
de tres kilómetros de largo de Stanford, California. En los
siguientes años se fue modelando el comportamiento de todas las
nuevas partículas y se llego a definir lo que hoy se conoce como
modelo estándar.
Bosones, que son partículas con spin entero (s = 0, 1, 2, ...), por
lo que no puede aplicárseles el principio de exclusión de Pauli.
Esto quiere decir que pueden existir muchos bosones que se
encuentren en el mismo estado cuántico. Son bosones el fotón
(g), cuyo spin es cero, los bosones vectoriales W+ ,W- y Z0, con
spin 1.
Fermiones, que son partículas con spin semientero (s = 1/2,
3/2, ...)que cumplen el principio de exclusión de Pauli, por lo
que no pueden existir dos fermiones en el mismo estado
cuántico. El electrón, el protón y el neutrón son ejemplos
típicos de fermiones.
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Clasificación según su estructura interna
Atendiendo a la estructura interna se clasifican en:
Leptones: Los leptones son auténticas partículas elementales , lo
que quiere decir que carecen de estructura interna. Atendiendo
a su spin son fermiones. Hay seis leptones: el electrón (e-), el
muón (m-), el tauón (t-), el neutrino electrónico (ne), el
neutrino muónico (nm) y el neutrino tauónico (nt). De ellos sólo
el electrón y los neutrinos son estables, mientras que el muón y
el tauón son partículas inestables, cuyas vidas medias son muy
pequeñas, y que se desintegran en electrones y neutrinos.
A los leptones se les asigna un número leptónico (L) de valor
igual a 1, mientras que a los antileptones se les asigna un número
leptónico igual a -1. Las restantes partículas elementales tienen
número leptónico igual a cero. En cualquier transformación
nuclear debe conservarse el número leptónico.
Hadrones: Los hadrones no son en realidad partículas
elementales, ya que tienen una estructura interna y
pueden desintegrarse dando como productos otras
partículas. Los podemos clasificar en dos tipos:
Mesones que son bosones (spin entero) e incluyen a los
piones. Cuando se desintegran dan leptones y fotones.
Bariones que son fermiones (spin semientero) e
incluyen, entre otras partículas, a los protones y los
neutrones.