Partículas fundamentales: definición, principios y ejemplos

Partículas fundamentales: definición

En la película de 2016 Ant Man , el traje del personaje principal lo ayudó a encogerse al tamaño de una hormiga. Hacia el final de la película, su personaje se encogió tanto que entró en lo que la película llamó el « reino cuántico ». Se encogió a un tamaño tan minúsculo que se volvió más pequeño que las partículas más pequeñas conocidas por el hombre, cuando comenzó a “encogerse por toda la eternidad”. Si bien la película no entró en detalles, sí pudimos vislumbrar cuán pequeñas pueden ser las partículas que componen nuestro universo.

Al pensar en partículas, la mayoría de nosotros estamos familiarizados con el electrón, el protón y el neutrón. ¿Pero sabías que hay docenas de otras partículas y combinaciones de partículas por ahí? ¿Qué son exactamente estas partículas? Profundicemos un poco más.

Partícula fundamental: tipos

Las partículas fundamentales (también llamadas partículas elementales) son los bloques de construcción más pequeños del universo. La característica clave de las partículas fundamentales es que no tienen estructura interna. En otras palabras, no se componen de nada más. Hay dos tipos de partículas fundamentales:

1. Partículas que componen toda la materia, llamadas fermiones.
2. Partículas que portan fuerza, llamadas bosones.

Se podría argumentar que la ciencia no sería ciencia sin sus diversos grupos, subgrupos, tipos, subtipos, clasificaciones y combinaciones. La física de partículas no es una excepción, ya que las partículas fundamentales en realidad vienen en varios tipos y se combinan para formar otras partículas. Echemos un vistazo más profundo a los tipos, grupos y combinaciones de partículas fundamentales.

Fermiones

Toda la materia (incluidos usted y yo) está formada por fermiones, y estos fermiones son de dos tipos: leptones y quarks.

Leptones

Los leptones son fermiones y se consideran partículas solitarias ya que operan solos y no forman grupos. Los leptones vienen en seis variedades diferentes llamadas sabores . (Aunque, probablemente no sabría a nada si se comiera una). Como todas las partículas fundamentales, no tienen estructura interna. Los seis sabores de leptones son:

1. Electrón
2. Neutrino de electrones
3. Muon
4. Neutrino muón
5. Tau
6. Neutrino tau

Enumerados en orden de masa, de más ligera a más pesada, el electrón y el neutrino electrónico tienen la menor masa de los seis, y los neutrinos tau y tau son los más pesados ​​del grupo.

Cargas de Lepton

Los leptones llevan una carga negativa o neutra conocida como carga entera . (Su cargo es un número entero o entero).

• El electrón, el muón y la tau tienen una carga negativa (-1).
• Los neutrinos tienen una carga neutra (0).

Quarks

Para no ser superados por los leptones, los quarks , que son el otro tipo de fermiones que se agrupan, también vienen en seis sabores diferentes con algunos de los nombres más locos que se encuentran en la física de partículas. Los seis sabores de quarks son:

1. Arriba
2. Abajo
3. Encanto
4. Extraño
5. Parte superior
6. Fondo

Los quarks también se enumeran en orden de masa, del más ligero al más pesado. El Up Quark tiene la masa más ligera del grupo, y el Bottom Quark apropiadamente llamado es el más pesado.

Modelo estándar de partículas fundamentales

Cargas de Quark

Para distinguirse aún más de los leptones, los quarks no llevan la misma carga completa que los electrones. Llevan una carga fraccional positiva o negativa , que es una fracción de la carga de la carga entera de un electrón.

• Up, Charm y Top tienen una carga positiva de 2/3.
• Down, Strange y Bottom llevan una carga negativa de -1/3.

Todos los quarks y leptones tienen partículas de carga opuesta llamadas antipartículas . Por ejemplo, puede tener un antiquark amuleto, un anti-electrón (llamado positrón) y un anti-neutrino.

Como mencionamos anteriormente, los leptones son partículas solitarias; les gusta estar solos. Los quarks, por otro lado, son muy sociales y solo se encuentran en grupos. Entonces, se combinan para formar partículas compuestas.

‘Debido a partículas compuestas son combinaciones de otras partículas, que están no consideran partículas fundamentales.

Partículas compuestas

Las partículas compuestas son partículas que están formadas por más de un quark y, como otras partículas en física, tienen un nombre. Estos se llaman hadrones y vienen en dos clases diferentes:

1. Mesones : hadrones que se componen de 2 quarks (1 quark y 1 antiquark)
2. Bariones : hadrones que se componen de 3 quarks

En este punto, es posible que se esté preguntando, «¿Qué pasa con los protones y neutrones?» Aquí es donde entran los bariones. Las partículas como los protones con carga positiva y los neutrones con carga neutra no son partículas fundamentales. En realidad, son bariones porque están formados por 3 quarks.

Un protón compuesto por 2 quarks ascendentes y uno descendente

Bosones

Hemos analizado las partículas fundamentales que componen toda la materia, pero ¿qué las mantiene unidas? Ahí es donde entran los bosones. Los bosones son las partículas fundamentales que llevan la fuerza. Son el pegamento de los fermiones. Hay cuatro tipos diferentes de bosones:

1. Gravitón (que está regido por la fuerza de gravedad)
2. Fotón (que está regido por la fuerza electromagnética)
3. Gluon (que está regido por la fuerza nuclear fuerte)
4. W + / W- / Z (que está regido por la fuerza nuclear débil)

Estos cuatro bosones están regidos por las cuatro fuerzas fundamentales entre partículas:

1. Gravedad (para partículas con masa, también conocidas como fermiones)
2. Electromagnético (para partículas con carga)
3. Fuerza nuclear fuerte (para quarks)
4. Fuerza nuclear débil (para electrones y neutrinos)

Resumen de la lección

Muy bien, tomemos un momento para revisar lo que hemos aprendido.

Las partículas fundamentales son los componentes básicos del universo. No tienen estructura interna y son de dos tipos: fermiones (partículas que componen toda la materia) y bosones (partículas que transportan fuerza).

Los quarks y los leptones son fermiones; los leptones son fermiones y se consideran partículas solitarias ya que operan solos y no forman grupos, mientras que los quarks son partículas fundamentales agrupadas. Pueden ser ambos fermiones, pero tienen muchas diferencias entre ellos:

• Los leptones llevan cargas enteras enteras y los quarks llevan cargas fraccionarias , que es una fracción de la carga de la carga entera de un electrón.
• Los leptones tienen cargas neutrales y negativas; Los quarks llevan cargas negativas y positivas.
• Los quarks solo existen en grupos con otros quarks y se combinan para formar partículas compuestas (llamadas hadrones ), mientras que los leptones solo se encuentran solos como partículas solitarias.

Hay dos tipos de hadrones:

• Mesones , que se componen de 2 quarks
• Bariones , que se componen de 3 quarks

Los protones y neutrones no son partículas fundamentales, sino bariones porque están formados por 3 quarks.

Como aprendimos, los bosones , el otro tipo de partícula fundamental, llevan fuerza y ​​son el pegamento que mantiene unidos a los fermiones. Hay cuatro bosones:

1. gravitón , gobernado por la fuerza de gravedad
2. fotón , gobernado por la fuerza electromagnética
3. gluón , gobernado por la fuerte fuerza nuclear
4. W- / W + / Z , gobernado por la fuerza nuclear débil

Estos cuatro bosones están regidos por sus respectivas fuerzas fundamentales:

1. gravedad , para partículas con masa (fermiones)
2. electromagnético , para partículas con carga
3. fuerza nuclear fuerte , para quarks
4. fuerza nuclear débil , para electrones y neutrinos

Rodrigo Ricardo Editor y fundador