Partícula subatómica

Una partícula subatómica ye aquella que ye más pequeña que l'átomu. Puede ser una partícula elemental o una compuesta, de la mesma, por otres partícules subatómiques, como son los quarks, que componen los protones y neutrones. Sicasí, esisten otres partícules subatómiques, tanto compuestes como elementales, que nun son parte del átomu, como ye'l casu de los neutrinos y bosones.

La mayoría de les partícules elementales que s'afayaron y estudiáu nun pueden atopase en condiciones normales na Tierra, xeneralmente porque son inestables (descomponer en partícules yá conocíes), o bien, son difíciles de producir de toes formes. Estes partícules, tanto estables como inestables, producir al azar pola aición de los rayos cósmicos al topetar con átomos de l'atmósfera, y nos procesos que se dan nos aceleradores de partícules, que asonsañen un procesu similar al primeru, pero en condiciones controlaes. D'esta manera, afayáronse docenes de partícules subatómiques, y se teorizan cientos d'otres más. Exemplos de partícula teórica ye'l gravitón; sicasí, esta y munches otres nun fueron reparaes n'aceleradores de partícules modernos, nin en condiciones naturales na atmósfera (pola aición de rayos cósmicos).

Como partícules subatómiques, clasifíquense tamién les partícules virtuales, que son partícules que representen un pasu entemediu na desintegración d'una partícula inestable, y por tanto, duren bien pocu tiempu.

 Introducción 

Los primeros modelos atómicos consideraben básicamente tres tipos de partícules subatómiques: protones, electrones y neutrones. Más palantre el descubrimientu de la estructura interna de protones y neutrones, reveló qu'estes yeren partícules compuestes. Amás el tratamientu cuánticu avezáu de les interaiciones ente les partícules porta que la cohesión del átomu rique otres partícules bosónicas como los piones, gluones o fotones.

Los protones y neutrones pela so parte tán constituyíos por quarks. Asina un protón ta formáu por dos quarks enriba y un quark embaxo. Los quarks xunir por aciu partícules llamaes gluones. Esisten seis tipos distintos de quarks (Enriba, Embaxo, Fondu, Visu, Estrañu y Encantu). Los protones caltiénense xuníos a los neutrones pol efeutu de los piones, que son mesones compuestos formaos por pareyes de quark y antiquark (de la mesma xuníos por gluones). Esisten tamién otres partícules elementales que son responsables de les fuercies electromagnética (los fotones) y débil (los neutrinos y los bosones W y Z).

Los electrones, que tán cargaos con carga negativa, tienen una masa 1/1836 de la del átomu d'hidróxenu, proviniendo'l restu de la so masa del protón. El númberu atómicu d'un elementu ye'l númberu de protones (o'l d'electrones si l'elementu ye neutru). Los neutrones pela so parte son partícules neutres con una masa bien similar a la del protón. Los distintos isótopos d'un mesmu elementu contienen el mesmu númberu de protones pero distintu númberu de neutrones. El númberu másico d'un elementu ye'l númberu total de protones más neutrones que tien nel so nucleu.

Les propiedaes más interesantes de los trés partícules estables constituyentes de la materia esistente nel universu son:
 Protón: Atopar nel nucleu. La so masa ye de 1,6×10-27 kg. Tien carga positiva igual en magnitú a la carga del electrón. El númberu atómicu d'un elementu indica'l númberu de protones que tien nel nucleu. Por casu el nucleu del átomu d'hidróxenu contién un únicu protón, polo que'l so númberu atómicu (Z) ye 1.
 Electrón: Atópase na corteza. La so masa aproximao ye de 9,1×10-31 kg. Tien carga llétrica negativa (-1.602×10-19 C).
 Neutrón: Atopar nel nucleu. La so masa ye casi igual que la del protón. Nun tener carga llétrica.

El conceutu de la partícula elemental ye güei daqué más escuru por cuenta de la esistencia de cuasipartícula que magar nun pueden ser detectaes por un detector constitúin estaos cuánticos que la so descripción fenomenológica ye bien similar a la d'una partícula real y material.

 Historia 

Na Grecia clásica, el términu ἀτομός atomós 'ensin partes, indivisible' (la pallabra tomu 'parte' úsase tamién pa referise a les divisiones d'un llibru, por casu) yera concebíu como la parte más pequeña ya indivisible constituyente de la materia, provistu d'unos ganchitos que los calteníen xuníos a los otros átomos.

Foi'l desenvolvimientu de la química la que consiguió establecer un númberu determináu de constituyentes de tola materia esistente y medible na Tierra. Los sos afayos dieron el so mayor frutu de la mano de Dmitri Mendeléyev, al concretar d'una forma senciella tolos posibles átomos (definiendo de fechu la esistencia de dalgunos non afayaos hasta tiempu dempués).

Más palantre afayóse que, magar los acabante definir átomos cumplíen la condición de ser los constituyentes de tola materia, nun cumplíen nenguna de les otres dos condiciones. Nin yeren la parte más pequeña nin yeren indivisibles. Sicasí decidió caltenese el términu átomu pa estos constituyentes de la materia.

La electroquímica liderada por G. Johnstone Stoney, dio llugar al descubrimientu de los electrones (y-) en 1874, reparáu en 1897 por Joseph John Thomson. Estos electrones daben llugar a les distintes configuraciones de los átomos y de les molécules. Pela so parte en 1907 los esperimentos d'Ernest Rutherford revelaron que gran parte del átomu yera realmente vacíu, y que casi tola masa concentrar nun nucleu relativamente pequeñu. El desenvolvimientu de la teoría cuántica llevó a considerar la química en términos de distribuciones de los electrones nesi espaciu vacíu. Otros esperimentos demostraron qu'esistíen unes partícules que formaben el nucleu: el protón (p+) y el neutrón (n) (postuláu por Rutherford y descubiertu por James Chadwick en 1932). Estos descubrimientos replantegaben la cuestión de les partes más pequeñes ya indivisibles que formaben l'universu conocíu. Empezar a falar de les partícules subatómiques.

Más tarde entá, afondando más nes propiedaes de los protones, neutrones y electrones llegar a la conclusión de que tampoco estos (siquier los dos primeros) podíen ser trataos como la parte más pequeña, nin como indivisibles, una y bones los quarks daben estructura a los nucleones. A partir d'equí empezóse a falar de partícules que'l so tamañu fora inferior a la de cualquier átomu. Esta definición incluyía a tolos constituyentes del átomu, pero tamién a los constituyentes d'esos constituyentes, y tamién a toes aquelles partícules que, ensin formar parte de la materia, esisten na naturaleza. A partir d'equí fálase de partícules elementales.

 Historia recién 

En 1897 Joseph John Thomson afaya'l electrón. Albert Einstein interpreta'l efeutu fotoeléctricu como una evidencia de la esistencia real del fotón. Enantes, en 1905, Max Planck postulara'l fotón como un quantum d'enerxía electromagnética mínimu pa resolver el problema de termodinámica de la radiación del cuerpu negru.

Pela so parte Ernest Rutherford afayó en 1907 nel famosu esperimentu de la llámina d'oru que casi la totalidá de la masa d'un átomu taba concentrada nuna bien pequeña parte d'él, que darréu se llamaría nucleu atómicu, siendo'l restu vacíu. El desenvolvimientu siguíu d'estes idees llevó a la mecánica cuántica, dalgunos de que los sos primeros ésitos incluyeron la esplicación de les propiedaes del átomu.

Bien llueu s'identificó una nueva partícula, el protón, como constituyente únicu del nucleu del hidróxenu. Rutherford tamién postuló la esistencia d'otra partícula, llamada neutrón, tres el so descubrimientu del nucleu. Esta partícula foi afayada esperimentalmente en 1932 por James Chadwick. A estes partícules sumóse una llarga llista:

 Wolfgang Pauli postuló en 1931 la esistencia del neutrín pa esplicar l'aparente perda del caltenimientu de la cantidá de movimientu que se daba na desintegración beta. Enrico Fermi foi quien inventó'l nome. La partícula nun foi afayada hasta 1956.
 Foi Hideki Yukawa quién postuló la esistencia de los piones pa esplicar la fuercia fuerte que xunía a los nucleones nel interior del nucleu. El muon afayar en 1936, pensándose primeramente de forma errónea que yera un pion. Na década de 1950 afayóse'l primera kaón ente los rayos cósmicos.
 El desenvolvimientu de nuevos aceleradores de partícules y detectores de partícules nesa década de 1950 llevó al descubrimientu d'un gran númberu d'hadrones, provocando la famosa cita de Wolfgang Pauli: «If I had foreseen this, I would have gone into botany» («Si previera esto fixérame botánicu»).
 Xunto colos hadrones compuestos apaecieron series de partícules que paecíen doblar les funciones y carauterístiques de partícules más pequeñes. Asina s'afayó otru electrón pesáu», amás del muon, el tauón, según diverses series de quarks pesaos. Nenguna de les partícules d'estes series más pesaes paez formar parte de los átomos de la materia ordinario.

La clasificación d'esos hadrones al traviés del modelu de quarks en 1961 foi l'empiezu de la edá d'oru de la física moderna de partícules, que remató na completitud de la teoría unificada llamada'l modelu estándar na década de los 70.

La confirmación de la esistencia de los bosones de gauge débil na década de 1980 y la verificación de les sos propiedaes nos 90 considérase como la era del afitamientu de la física de partícules. Ente les partícules definíes pol modelu estándar, permaneció ensin afayar el elusivo bosón de Higgs per dellos años hasta que foi afayáu por esperimentos en CERN y anunciáu cola presencia del so teóricu creador Peter Higgs el 4 de xunetu de 2012. Este foi unu de los oxetivos primordiales del acelerador Large Hadron Collider (LHC) del CERN. El bosón de Higgs ye la que confier masa a otres partícules y esplica por qué formaron estrelles, sistemes solares y estructures del universu tres el Big Bang polo que'l so descubrimientu científicu y prueba esperimental de soporte representen el más importante llogru de la física y la cosmoloxía de los postreros 30 años. El restu de partícules conocíes encaxa a la perfeición col modelu estándar.

 Materies de trabayu 

L'estudiu d'estes partícules subatómiques, de la so estructura y de les sos interaiciones, inclúi materies como la mecánica cuántica y la física de partícules. Dacuando, por cuenta de que gran parte de les partícules que pueden tratase como partícules subatómiques solo esisten mientres periodos de tiempu bien curtios y en condiciones bien estremes como los rayos cósmicos o los aceleradores de partícules, suel llamase a esta disciplina física d'altes enerxíes.

Pela so parte, el tratamientu que la teoría cuántica de campos (TCC) fai de les partícules, difier de la mecánica cuántica nun puntu importante. Na TCC les partícules nun son entidaes básiques, sinón que namái esisten campos y posibles estaos del espaciu-tiempu (el que sían perceptibles un ciertu númberu de partícules ye una propiedá del estáu cuánticu del espaciu tiempu). Asina, un campu ye tratáu como un observable acomuñáu a una rexón del espaciu-tiempu, de la mesma, a partir del observable de campu puede definise un operador númberu que s'interpreta como'l númberu de partícules observables nel estáu cuánticu. Yá que los autovalores del operador númberu son númberos enteros y les magnitúes estensives son expresables en términos d'esti operador, razón pola cual los autovalores d'esi operador pueden interpretase como'l númberu de partícules.

 Ver tamién 

 Cronoloxía de la física atómico y subatómico
 Simetría de Poincaré, Simetría CPT, teorema espín-estadística, bosón y fermión.
 Física de partícules, Llistáu de partícules elementales, el modelu quark y el modelu estándar.
 Cuasipartícula
 Partícula mensaxera

 Referencies 

 Bibliografía 

 Halzen, F.; Martin, D. Quarks & Leptons, 1984, Ed. John Wiley. ISBN 0-471-81187-4.
 Green, Brian R. The elegant universe, 1999 [esiste una edición española, L'universu elegante, Ed. Critica, Drakontos, ISBN 84-8432-781-7, 2006].

 Enllaces esternos 

 particleadventure.org: El modelu estándar (n'inglés)
 particleadventure.org: Carta de partícules (n'inglés)
 Universidá de California: Grupu de datos de partícules (n'inglés)
 Enciclopedia de física con anotaciones: Teoría cuántica de campos
 José Gálvez: Electrodinámica Capítulu 1 (pdf) (n'inglés)