Una visión general de las distintas familias de partículas elementales, y las teorías que describen sus interacciones, fuente de imagen de dominio de Wikimedia Commons.
Durante algún tiempo se creyó que electrones, neutrones y protones eran partículas elementales; en la actualidad se cree, que la mayoría de las partículas esta formadas por la unión de los quarks. Las partículas elementales son la que, en un determinado momento, se consideraron simples, sin estar formadas por otras, la más conocida son el protón, el neutrón, el electrón, positrón y los neutrinos. En la actualidad los físicos clasifican las partículas elementales en tres clases:
1.-Leptones.
2.-Quarks.
3.- Bosones vectoriales elementales.
De forma teórica y experimentalmente se ha comprobado la existencia de una antipartícula, para cada una partícula, bien sea elementales.
Modelo estándar de partículas elementales, fuente de imagen de dominio de Wikimedia Commons.
1.- Leptones son partículas que interactúan débilmente y son considerados, como entidades puntuales sin estructuras, el electrón es el más conocido de los leptones, también tenemos el muón y el tauón, estos son idénticos al electrón pero tienen una masa muy diferente, asociado a cada uno de estos leptones cargados, existen un leptón neutro llamado neutrino (electrónico, muónico, tauónico).
2.-Quarks son partículas, que presentan al mismo tiempo interacción fuerte y débil, existen seis tipos fundamentales de quarks (up, down, strange, charm, top y bottom). Los quarks poseen carga eléctrica fraccionaria, que puede tener dos único valores: -1/3, +2/3, lo interesante es aparentemente no pueden existir como partículas libre, sino que deben hacerlo en combinaciones ligadas de tres quarks, tres antiquarks o una pareja, esta agrupaciones de quarks, que se forman partículas compuestas relativamente grandes son los hadrones, que a su vez esto pueden ser de dos clases distintas, los bariones, formados por tres quarks ligados como el protón, el neutrón y los hiperones, los mesones formados por una pareja quarks-antiquarks. Existen por lo menos ocho bosones vectoriales como los mediadores dela fuerza de color entre los quarks, estos bosones se denominan gluones.
Todas las partículas, aparte de sus otras denominaciones debidas a otras características físicas, son bosones y fermiones mientras que los mesones y fotones son bosones. Esta denominación está basada en los valores de spin de cada partícula, que pueden ser enteros, las partículas que tiene spin entero reciben el nombre de bosones y siguen las estadísticas de Bose Einstein, mientras que las que lo tienen semientero se denominan fermiones, que siguen la estadística de Fermi-Dirac.
Representación del modelo de Thomson. Esfera completa de carga positiva con electrones incrustados, fuente de imagen de dominio de Wikimedia Commons.
El modelo atómico de Thomson, es una teoría sobre la estructura atómica propuesta en 1904 por Thomson, quien descubrió el electrón en 1897, pocos años antes del descubrimiento del protón y del neutrón. En el modelo, el átomo está compuesto por electrones de carga negativa en un átomo positivo, incrustados en este al igual que las pasas de un pudín. Por esta comparación, fue que el supuesto se denominó el Modelo del pudín de pasas, en el postulaba que los electrones se distribuían uniformemente en el interior del átomo, suspendidos en una nube de carga positiva, aparte el átomo se consideraba, como una esfera con carga positiva con electrones repartidos, como pequeños gránulos.
Joseph John Thomson (1856- 1940), fuente de imagen de dominio de Wikimedia Commons.
Las conclusiones de Thomson fueron audaces: los rayos catódicos estaban hechos de partículas que llamó "corpúsculos", y estos corpúsculos procedían de dentro de los átomos de los electrodos, lo que significa que los átomos son, de hecho, divisibles. Thomson imaginó que el átomo se compone de estos corpúsculos en un mar lleno de carga positiva; a este modelo del átomo, atribuido a Thomson, se le llamó el modelo de pudín de pasas, También Thomson invento los rayos positivos y, en 1911, descubrió la manera de utilizarlos para separar átomos de diferente masa, el objetivo se consiguió desviando los rayos positivos mediante campos eléctricos y magnéticos (espectrometría de masas), de tal manera que descubrió, que el neón tiene dos isótopos (el neón-20 y el neón-22).
El estudio de la radiación cósmica, así como los experimentos que se llevan a cabo en los aceleradores de partículas, han permitido comprobar la existencia de un número mucho mayor de partículas elementales, todas ellas de vida efímera, es decir, que se desintegran en otras; estas partículas han recibido los nombres de muones, tauones, mesones, hiperones,
El número de partículas elementales descubiertas hasta la fecha rebasa el centenar, cada partícula existe la antipartícula correspondiente, la cual posee la misma masa que ella e igual carga pero de signo contrario. Así, el antiprotón es una partícula con la misma masa que el protón pero cuya carga es una unidad negativa; el antielectrón (que recibe el nombre de positrón) es igual que un electrón con carga positiva, las antipartículas tienen una vida muy corta, ya que cuando se encuentran con una partícula se aniquilan liberando energía.
Murray Gell-Mann, La teoría de Gell-Mann aportó orden al caos que surgió al descubrirse cerca de 100 partículas en el interior del núcleo atómico, esas partículas, además de los protones y neutrones, estaban formadas por otras partículas elementales llamadas quarks, los quarks se mantienen unidos gracias al intercambio de gluones. Junto con otros investigadores construyó la teoría cuántica de quarks y gluones, llamada cromodinámica cuántica, fuente imagen de dominio de de Wikimedia Commons.
La antipartícula es una partícula, que difiere de sus correspondientes partículas por tener opuesta algunas de sus características física, también es idéntica al resto de dicha características siguiendo el ejemplo de las cargas eléctricas, la antipartícula del electrón es el positrón, que está cargado positivamente y la del protón es el antiprotón, está cargado negativamente, pero en ambos casos partículas y antipartícula tiene la misma masa, quedando claro que la antipartícula de es la mima antipartícula original, de tal forma que la antipartícula del positrón es el electrón, ya que cuando una partícula, se aniquila liberando una gran cantidad de energía de acuerdo con la fórmula de Eintein, que expresa la equivalencia entre la masa y la energía.
Bibliografía
Partículas elementales por Ramón Fernández Álvarez-Estrada, Marina Ramón Medrano - 2003.
Particulas Elementales y las Interacciones Basicas por Rosa María Méndez - 2002.
Física para la ciencia y la tecnología por Paul Allen Tipler, Gene Mosca - 2005.
