Con los datos y experimentos actuales, se han descrito
dos grandes tipos de partículas elementales: fermiones y bosones.
Los fermiones son partículas con masa y se consideran
las partículas elementales de la materia. Por su parte, los bosones son
partículas sin masa que portan las fuerzas elementales: gravedad, fuerza
electromagnética y las fuerzas nucleares
fuerte y débil.
Los fermiones incluyen otros subtipos de partículas,
los leptones y los quarks. Leptones y quarks interaccionan entre sí gracias a
las fuerzas de interacción que transportan los bosones y forman las partículas
subatómicas: electrones, neutrones y protones.
Los electrones se siguen considerando una partícula
elemental en sí mismos, en concreto un tipo de leptón, pues no se ha conseguido
dividir en partículas más pequeñas. Neutrones y protones están formados por
combinación de tres quarks diferentes cada uno.
En definitiva, leptones y quarks son las partículas
elementales de la materia más pequeñas conocidas.
El conocido como modelo estándar explica toda la
materia ordinaria del Universo con estas partículas másicas o fermiones, más 5
tipos de bosones (4 bosones de gauge, que portan las 4 fuerzas elementales, y el bosón de Higgs, que
explicaría como los fermiones adquieren masa).
Faltaría por descubrir el gravitón, la partícula
hipotética que portaría la gravedad. De descubrirse, las partículas elementales
conocidas sumarían un total de 18, incluyendo todos los fermiones y bosones.
LEPTONES
Los leptones se definen como fermiones o partículas
con masa que no experimentan interacción nuclear fuerte. Existen seis tipos de
leptones, tres con carga eléctrica -1 (electrón, muón y tau) y tres sin carga y
de mucha menor masa (neutrinos).
• Electrón: es la única partícula que
sigue considerándose fundamental desde que se descubrieron las partículas
subatómicas. Tiene carga eléctrica -1 y spin 1/2.
• Muón: es similar al electrón, pero más
pesado.
• Tau: es similar al electrón, pero aún
más pesado. El muón y el tau son muy inestables; en la naturaleza aparecen
durante muy poco tiempo.
• Electrón neutrino: partícula sin carga y
muy poca masa, por lo que es muy difícil de detectar. Pero pueden transportar
mucha energía que liberan cuando colisionan con otra partícula y así se pueden
detectar de forma indirecta.
• Muón neutrino: partícula sin carga y
poca masa, pero mucho más pesado que el electrón neutrino. Se producen en el
decaimiento o desintegración de partículas atómicas, por ejemplo, en el decaimiento beta.
• Tau neutrino: sin carga y más pesado que
el muón neutrino.
Electrón, muón y tau se denominan “sabores”,
y los pares electrón/electrón neutrino, muón/muón neutrino y tau/tau neutrino
se denominan dobletes débiles. Los leptones, por tanto, presentan 3 sabores y 3
dobletes de partículas.
Cada doblete de leptones está formado por un leptón
con carga eléctrica, por ejemplo, el electrón, y un leptón del mismo sabor,
pero sin carga y mucha menos masa, por ejemplo, el electrón neutrino
Además, como cada partícula tiene su antipartícula,
cada leptón tiene su antileptón. Por ejemplo, la antipartícula del electrón es
el positrón, y la antipartícula del electrón neutrino es el antineutrino
electrónico.
QUARKS
Son otro grupo de fermiones que, a diferencia de los
leptones, experimentan la fuerza nuclear fuerte. Una de las características más
peculiares de los quarks es que su carga eléctrica tiene valores no enteros; la
carga eléctrica de los quarks es de -1/3 o +2/3, según el tipo de quark.
Los quarks también son las únicas partículas que
interaccionan con todos los tipos de interacciones fundamentales:
electromagnética, interacción nuclear fuerte, interacción nuclear débil y
gravedad.
Los quarks se presentan en seis sabores. 3 quarks
tienen carga positiva de +2/3 (u, c y t), y 3 tienen carga negativa de -1/3 (d,
s y b).
• u
(up): carga eléctrica positiva de +2/3
• d
(down): carga -1/3
• c
(charm): carga +2/3, como el quark up pero con más masa.
• s
(strange): carga -1/3, como el quark down más pesado.
• t
(top): carga +2/3, como los quarks up y charm pero aún más pesado.
• b
(bottom): cargo -1/3, como los quarks d y s pero aún más pesado.
Al igual que con los leptones, cada tipo de quark
tiene su antiquark (antiup, antidown, etc).
Gracias a las interacciones nucleares fuertes, los
quarks interaccionan entre sí fuertemente y forman los hadrones, las partículas
elementales que forman la materia nuclear. Existen dos tipos de hadrones, los
mesones y los bariones.
Los protones y neutrones de los núcleos atómicos son
dos tipos de barionesformados por combinación de quarks up y down. Los demás
quarks son inestables en la naturaleza y existen en condiciones muy concretas
durante cortos períodos de tiempo.
• Neutrón:
formado por la combinación de tres quarks: 2 quarks d (down) y 1 quark u (up).
La suma de las dos cargas -1/3 de los quarks d, más la carga +2/3 del quark u,
dan como resultado la carga eléctrica neutra típica del neutrón.
• Protón:
formado por la combinación de tres quarks: 2 quark u más 1 quark d.
Se suele decir que los quarks son las partículas más pequeñas en las
que se puede dividir la
materia, pero en realidad no podemos conocer el tamaño de las
partículas elementales, nuestra tecnología no nos lo permite, pero si podemos
medir su masa, aunque en física de partículas la masa se suele entender en
términos de energía, pues la materia está formada en última instancia por
energía.
En este sentido, los quarks son más pesados que
cualquier leptón. La energía de los quarks va desde 4.5 GeV del quark bottom a
los 0.003 GeV del quark up, mientras que el electrón tiene una energía mucho
menor: 0.000511 GeV (0.511 MeV).
Y el neutrino tiene todavía menos energía,
0.000000001 GeV, y aún menos masa, equivalente a una millonésima parte de la
masa del electrón.
BOSONES: LAS PARTÍCULAS PORTADORAS DE FUERZA
Los bosones son partículas sin masa responsables de
las conocidas como fuerzas de interacción fundamentales: fuerza
electromagnética, fuerza de la gravedad, fuerza nuclear fuerte y fuerza nuclear
débil.
Existen cinco tipos de bosones confirmados y un
sexto, el gravitón, aún por confirmar, que se agrupan en tres categorías:
• Bosones
de gauge o bosones vectoriales: gluón (fuerza nuclear fuerte), fotón (fuerza
electromagnética), bosón Z y bosón W (fuerza nuclear débil).
• Bosones
escalares: bosón de Higgs (su interacción con los fermiones es la responsable
de que los fermiones adquieran masa).
• Bosones
tensores: Gravitón (hipotético, por confirmar)
EL ELECTRÓN
Un electrón es una partícula elemental estable cargada
negativamente que constituye uno de los componentes fundamentales del átomo.
Por este motivo también se la puede definir como una partícula subatómica.
Forma parte del grupo de los leptones.
Los electrones pueden aparecer en estado libre (sin
estar unidos a ningún átomo) o atados al núcleo de un átomo.
Existen electrones en los átomos en
capas esféricas de diversos radios. Estas capas esféricas representan los
niveles de energía. Cuanto más grande sea el caparazón esférico, mayor será la
energía contenida en el electrón.
En los conductores eléctricos, los flujos de corriente
son los electrones de los átomos que
circulan de forma individual de un átomo a otro
en la dirección del polo negativo al polo positivo del conductor eléctrico. En
los materiales semiconductores, el corriente eléctrico también se produce
mediante el movimiento de los electrones.
En algunos casos, lo más ilustrativo para visualizar
el movimiento de la corriente eléctrica son las deficiencias de electrones de
átomo a átomo. Un átomo deficiente
en electrones en un semiconductor se llama agujero. Los agujeros, en general,
se "mueven" entre los polos eléctricos de positivo a negativo.
(Rojas, 2016)
EL PROTÓN
Un protón es una partícula subatómica con carga
eléctrica positiva que se encuentra dentro del núcleo atómico de los átomos.
El número de protones en el núcleo atómico es el
que determina el número atómico de un
elemento, como se indica en la tabla periódica de los elementos.
El protón tiene carga +1 (o, alternativamente, 1,602 x
10-19 culombios), exactamente lo contrario de la carga -1 que contiene el
electrón. En masa, sin embargo, no hay competencia - la masa del protón es
aproximadamente 1,836 veces mayor que la de un electrón.
El protón se clasifica como barión, y está compuesto
por tres quarks (uud). La antipartícula correspondiente, el antiprotón, tiene
las mismas características que el protón, pero con carga eléctrica negativa.
El protón es estable por sí mismo. En algunos tipos
poco comunes de desintegración radiactiva emiten protones libres, y el
resultado de la descomposición de neutroneslibres
en otras desintegraciones. Como protón libre, tiene la facilidad de recoger un electrón y
convertirse en hidrógeno neutro, el cual puede reaccionar químicamente con
mucha facilidad. Protones libres pueden existir en plasmas, los rayos cósmicos
o en el viento solar. (Rojas, 2016)
EL NEUTRÓN
El neutrón es un componente del núcleo de los átomos y
está formado por dos quarks down y un quark up. El quark up tiene carga
eléctrica +2/3. Los quarks down tienen cada uno carga eléctrica -1/3. Por lo
cual, los neutrones tienen carga eléctrica resultante 0. (0 Coulomb)
Cada neutrón consta de un racimo de estos tres quarks
enlazados por gluones (partículas en las que reside la interacción nuclear
fuerte). Su masa es algo mayor que la del protón: 1,675x10-27 Kg. Actualmente
se prefiere utilizar como unidad de masa el gigalectrónvoltio y se dice que la
masa del protón es 0,0009383 GeV. La masa del neutrón es 0,0009396 GeV.
Fuera del núcleo atómico, el neutrón es inestable y
tiene una vida media de unos 15 minutos. Al desintegrarse, emite un electrón y
un antineutrino, después de lo cual queda convertido en un protón.
Los neutrones forman, junto con los
protones, los núcleos atómicos.
El neutrón interactúa con los protones a través de la
fuerza nuclear fuerte, pero sin repulsión electromagnética, puesto que su carga
eléctrica es cero.
El neutrón está presente en casi todos los núcleos
atómicos. La única excepción es el hidrógeno que no tiene ningún neutrón en su
núcleo.
El neutrón fue descubierto en la década de 1930, en
Alemania, Francia e Inglaterra, gracias a los trabajos de Walther Bothe y H.
Becker, Irène Joliot-Curie y Frédéric Joliot, James Chadwick. Con los
resultados obtenidos en sus experimentos, dedujeron que era necesario aceptar
que algunas de las partículas detectadas en algunas radiaciones obtenidas,
tenían una masa muy semejante a la del protón, pero sin carga
eléctrica. Se pensó que el neutrón era el resultado de la unión de un protón y
de un electrón y que ambos formaban una especie de dipolo eléctrico.
Otros experimentos realizados posteriormente hicieron
que se descartara la idea del dipolo y establecieron la naturaleza de los
neutrones, tal como se acepta actualmente.
Los neutrones son fundamentales en las reacciones
nucleares: cuando un neutrón impacta con un átomo fisible, se produce un mayor
número de neutrones que causan a su vez otras fisiones en cadena. Si esta
reacción se produce de forma controlada mediante el uso de un moderador en el
reactor nuclear, es posible aprovechar la energía nuclear desarrollada.
https://astrojem.com/teorias/neutrones.html
POSITRÓN O ELECTRÓN POSITIVO
Electrón con carga positiva.
La interacción con el electrón puede resultar en la aniquilación de ambos, con
lo que se produce un par de fotones cuya energía equivale a la masa del par
electrón-positrón. Esta propiedad define al positrón como la antipartícula
asociada al electrón.
Masa del
Positrón: Es la antipartícula correspondiente al electrón, por lo que posee
su misma masa y carga eléctrica (aunque de diferente
signo, ya que es positiva). No forma parte de la materia ordinaria, sino de la antimateria, aunque se producen en
numerosos procesos radio químicos como
parte de transformaciones nucleares.
Características
de los Positrones: El antielectrón es tan estable como el electrón, de hecho,
es idéntico al electrón en todos sus aspectos, excepto en su carga eléctrica.
Su existencia puede ser indefinida. Aunque el promedio de vida es de una
millonésima de segundo, hasta que se encuentra con un electrón, durante un
momento relampagueante quedaran asociados el electrón y el positrón; ambas
partículas giraran en torno a un centro de fuerza común.
Pero la existencia de este sistema, como máximo,
durará una diezmillonésima de segundo ya que se combinan el positrón y el
electrón. Cuando se combinan las dos partículas opuestas, se produce una
neutralización mutua y literalmente desaparecen, no dejan ni rastro de materia
(aniquilamiento mutuo). Pero como se sabe la materia al igual que la energía no
puede desaparecer, como resultado de esto queda la energía en forma de radiación gamma.
De tal forma como había sugerido el genio Albert Einstein: la materia puede
convertirse en energía, y viceversa.
https://curiosoando.com/cuales-son-las-particulas-elementales-de-la-materia
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