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Las partículas elementales del universo

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Hemera/Thinkstock

En la educación básica aprendimos que la materia está formada por átomos y éstos por electrones, protones y neutrones. Sin embargo, los físicos siguen encontrando más partículas, por ello han denominado un grupo de partículas como fundamentales.

Los cientificos han seguido investigando y descubriendo nuevas subpartículas. Sin embargo, existe una categoría que se consideran fundamentales.

Tal vez hayas escuchado sobre leptones, fermiones, neutrinos, etc. Sin embargo a menos que seas físico, probablemente no tengas muy en claro qué significa todo este montón de términos. Así que veremos a grandes rasgos cómo está clasificada la materia.

La teoría del modelo estándar intenta describir la materia y las fuerzas existentes en el universo. Para ello considera que existen unas pocas partículas fundamentales: partículas portadoras de fuerza (como el fotón) y partículas materiales (como electrones, protones, quarks, etc).

El modelo estándar considera entonces lo siguiente:

  • 6 tipos de leptones.
  • 6 tipos de quarks.
  • Partículas portadores de fuerza.

De los 6 tipos de leptones, 3 tienen carga eléctrica y los otros tres no. El leptón más conocido es el electrón, los otros son el muón y tau que se podrían considerar como electrones con mayor masa. Todos ellos son negativos.

Los otros tres leptones son los neutrinos, partículas muy escurridizas que carecen de carga y su masa es mínima. Cada leptón con carga tiene su neutrino correspondiente. Además, para cada uno de los 6 leptones, existe su correspondiente partícula de antimateria. Los leptones pueden habitar solos o acompañados a diferencia de los quarks que siempre están en grupos.

Los quarks son otro tipo de materia básica. Existen 6 tipos, sin embargo, normalmente siempre se les menciona en parejas: Up/Down, Charm/Strange y Top/Bottom. Cada uno de los quarks tiene también su correspondiente partícula de antimateria.

Los quarks tienen carga eléctrica fraccionaria como 2/3, -1/3, etc. Al contrario del electrón cuya carga es -1. Además, los quarks poseen otro tipo de carga llamada Color. A los quarks no les gusta estar solos así que estos siempre aparecen agrupados formando partículas llamadas hadrones. La carga de un hadron siempre es un número entero. Además como mencionamos, los quarks poseen un “color” y los hadrones son de color neutro.

Existen dos tipos de hadrones:

  • Bariones. Están conformados por tres quarks. Ejemplo, el protón está formado por 2 quarks Up y 1 Down (uud) y los neutrones por 1 Up y 2 Down (udd).
  • Mesones. Los mesones poseen un quark y un antiquark. Ejemplo, el pión negativo.

Bien, estas partículas se encuentran unidas por fuerzas fundamentales. Además de esto, los físicos hacen dos grandes clasificaciones también: Los fermiones y los bosones.

Los fermiones tienen carga fraccionaria debido a su momento angular intrínseco. Ejemplos de fermiones son los quarks y leptones.

Los bosones tienen un “spin” entero, como 0, 1, 2, etc. Ejemplos de bosones son las partículas portadores de todas las interacciones fundamentales. También, las partículas compuestas por un número par de fermiones forman un bosón.

El núcleo de un átomo es un fermion o un bosón dependiendo de que si el número de protones y neutrones sea par o impar. Esto explica el comportamiento del Helio a temperaturas extremadamente bajas que se comporta como un fluido debido a que es un bosón y por lo tanto no obedece el principio de exclusión de Pauli y sus partículas pueden interponerse.

Espero que esta explicación te ayude a comprender mejor las investigaciones de los físicos.