Partícula elemental

Modele estàndar de partícules elementals.

Les partícules elementals són els constituents fonamentals de la matèria i de les interaccions fonamentals de l'univers. En térmens més precisos, es definixen com aquelles partícules subatòmiques que no estan compostes per atres partícules més chicotetes ni es coneix que posseïxquen estructura interna.

D'acort en el modele estàndar, les partícules elementals es dividixen en dos grans categories: els fermiones, que constituïxen la matèria (com els cuarks i els leptones), i els bosones, que medien les interaccions fonamentals (com el fotó, el gluón, els bosones W i Z i el bosón de Higgs).

Originalment el terme partícula elemental es va usar per a tota partícula subatòmica com els protones i neutrons, els electrons i atres tipos de partícules exòtiques que solament poden trobar-se en els rajos còsmics o en els grans acceleradors de partícules, com els pionés o els muones. No obstant, a partir dels anys 1970 va quedar clar que els protones i neutrons són partícules compostes d'atres més simples. Actualment el nom partícula elemental s'usa per a les partícules que, fins a a on se sap, no estan formades per partícules més simples.

La matèria ordinària es compon d'àtoms, que antany es consideraven partícules elementals indivisibles. El nom àtom procedix de la paraula grega antiga ἄτομος (atomos), que significa indivisible o no recortable. A pesar de les teories sobre els àtoms de Demócrito que havien existit durant mils d'anys, l'existència real dels àtoms va seguir sent controvertida fins a 1905. En eixe any Albert Einstein va publicar el seu artícul sobre el moviment browniano, posant fi a les teories que havien considerat a les molècules com a ilusions matemàtiques i afirmant que la matèria estava composta en última instància per diverses concentracions d'energia.

Els constituents subatòmics de l'àtom varen ser identificats per primera volta cap a finals de el XIX, començant en el descobriment de l'electró, seguit pel protón en 1919, el fotó en la década de 1920, i el neutró en 1932. Per a llavors, el advenimiento de la mecànica quàntica hi havia alterat radicalment la definició de "partícula" en plantejar una concepció en la que portaven a terme una existència simultànea com ones de matèria.

S'han realisat moltes elaboració teòriques i més allà del Model Estàndar des del seu codificació en la década de 1970. Entre elles s'inclouen les nocions de supersimetría, que dupliquen el número de partícules elementals per mig de l'hipòtesis de que cada partícula coneguda s'associa en una companyera "ombra" molt més massiva. No obstant, de la mateixa manera que un Bosón elemental adicional que medie en la gravitació, tals supercompañeros permaneixen sense descobrir a data de hui.

Partícules subatòmiques

Artícul principal → Partícula subatòmica.

Quan a principis de el XIX John Dalton va postular la seua teoria atòmica, va considerar que els àtoms eren indivisibles i per tant, en cert modo, partícules elementals. Els alvanços en el coneiximent de l'estructura atòmica varen revelar que els àtoms no eren ni molt manco indivisibles i estaven formats per partícules més elementals: protones, neutrons i electrons. L'estudi de les partícules que formen el núcleu atòmic, va revelar que estes no eren elementals, sino que estaven formades per partícules més simples. A la seua volta els neutrons, protones i atres partícules estan compostes pels hadrones i els posades. Tant els hadrones com les posades estan constituïts per partícules més menudes, cridades quarks i antiquarks, i "núvols" de gluones que els mantenen units.

La llista de partícules subatòmiques que actualment es coneixen consta de centenars, situació que va sorprendre als físics, fins que varen ser capaços de comprendre que moltes d'eixes partícules realment no eren elementals sino compostes d'elements més simples cridats quarks i leptones que interaccionen entre ells per mig de l'intercanvi de bosones. En el modele estàndar, que reflectix el nostre estat de coneiximent sobre els constituents últims de la matèria, els quarks, els leptones i els bosones d'intercanvi es consideren partícules elementals, ya que no existix evidència de que a la seua volta estiguen formats per atres partícules més "menudes".

Si be les partícules més pesades (hadrones) i les de massa intermija (posades) que responen a l'interacció forta varen ser considerades elementals, actualment se sap que són partícules compostes. Solament les partícules més llaugeres (leptones) que no resulten afectades per l'interacció forta, varen resultar ser elementals. Els dos tipos de leptones més comuns són els electrons i els neutrins, dels que com s'ha dit es creu que són realment elementals. Els neutrins, entitats que varen començar la seua existència com artificios matemàtics, ya han segut detectats i formen part de totes les teories físiques de la composició de la matèria, de la cosmologia, astrofísica i atres disciplines.

Partícules pròpiament elementals

Interaccions del model estàndar de la física de partícules

Actualment es creu que els leptones, quarks (estos dos primers tipos són fermiones) i bosones gauge, són tots els constituents més menuts de la matèria i per tant serien partícules pròpiament elementals. Existix un problema interessant sobre estes partícules pròpiament elementals, ya que, per eixemple, els leptones semblen agrupar-se en séries homofuncionales, sent cada generació similar a l'anterior pero formada per partícules més massives:

• Generació 1: electró, neutrí electrònic, quark dalt, quark avall.
• Generació 2: muon, neutrí muónico, quark estrany, quark encantat.

• Generació 3: tauón, neutrí tauónico, quark fondo, quark cim.

Encara que no es tenen massa idees de per qué existixen estes tres generacions, en la teoria de cordes el número de generacions existents té que vore en la topología de la varietat de Calabi-Yau que apareix en la seua formulació. Concretament el número de generacions coincidiria en esta teoria en la mitat del valor absolut del número de Euler de la varietat de Calabi-Yau. No obstant açò no és estrictament una predicció ya que en l'estudi actual de la teoria d'cuerdo poden construir-se espais de Calabi-Yau de diferent número de Euler. Se sap que si es vol construir una teoria de cordes que done lloc a sol tres generacions, el número de Euler deu ser ±6.

Existix l'hipòtesis de que els quarks a la seua volta estiguen formats de preones.

Vore també

• Física nuclear
• Física de partícules
• Processos nuclears

Referències

Bibliografia

• Halzen, F. ; Martin, D. - Quarks & Leptons, 1984, Ed. John Wiley, ISBN 0-471-81187-4.
• Brian R. Green: The elegant universe, 1999 [existix una edició espanyola, L'univers elegant, Ed. Crítica, Drakontos, ISBN 84-8432-781-7, 2006].
• Feynman, R.P. & Weinberg, S. (1987) Elementary Particles and the Laws of Physics: The 1986 Dirac Memorial Lectures. Cambridge Univ. Press.

Ford, Kenneth W. (2005) The Quàntum World. Harvard Univ. Press.

• Greene, Brian (1999). The Elegant Universe, W.W.Norton & Company. ISBN 978-0-393-05858-1.
• John Gribbin (2000) Q is for Quàntum – An Encyclopedia of Particle Physics. Simon & Schuster. ISBN 0-684-85578-X.
• Oerter, Robert (2006) The Theory of Almost Everything: The Standard Model, the Unsung Triumph of Modern Physics. Plume.
• Schumm, Bruce A. (2004) Deep Down Things: The Breathtaking Beauty of Particle Physics. Johns Hopkins University Press. ISBN 0-8018-7971-X.
• Veltman, Martinus (2003). Facts and Mysteries in Elementary Particle Physics, World Scientific. ISBN 978-981-238-149-1.
• Close, Frank (2004). Particle Physics: A very short introduction, Oxford: Oxford University Press. ISBN 978-0-19-280434-1.
• Seiden, Abraham (2005). Particle Physics: A comprehensive introduction, Addison Wesley. ISBN 978-0-8053-8736-0.