¿Cómo descubrió Rutherford que los átomos tienen estructura, en forma de un núcleo pequeño y compacto rodeado en su mayoría de espacio vacío? Al dispararles partículas. Si los átomos (como se pensaba en ese entonces) fueran una especie de objetos difusos, las partículas se habrían desviado ligeramente, pero eso es todo. En cambio, Rutherford descubrió que la mayoría de las partículas pasaban a través de estos átomos casi sin verse afectadas, pero algunas rebotaban directamente en la dirección de donde provenían. Fue una gran sorpresa, en comparación con lo que sería si una bala de rifle rebotara de una hoja de papel de seda. Pero tenía sentido una vez que se revisó el modelo: el núcleo atómico compacto era difícil de golpear, pero cuando se golpeó, de hecho rebotó partículas de donde vinieron.
Entonces, ¿cómo se ve un núcleo atómico? ¿Es una especie de bola borrosa o tiene estructura interna? El mismo tipo de experimento puede repetirse pero a energías más altas. Así es como aprendimos, al estudiar cómo los núcleos recuperan las partículas entrantes, que los núcleos atómicos mismos consisten en partículas mucho más pequeñas (protones y neutrones) y, entre ellas, mucho espacio vacío.
Entonces, ¿cómo son los protones y los neutrones? Una vez más, podemos hacer este experimento a energías aún más altas, y eventualmente descubrir que tienen una estructura interna. Que, en lugar de ser bolas difusas, también consisten en partículas más pequeñas con más o menos espacio vacío entre ellas.
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Pero cuando hacemos este tipo de experimento con el electrón, no encontramos una estructura interna. De hecho, cuanto más altas son las energías a las que sondeamos el electrón, más pequeño aparece el electrón (es decir, mejor se localiza en un punto), pero no se hace evidente ninguna estructura interna. Hasta donde sabemos, el electrón es una partícula puntual que no está compuesta de otras partículas y no tiene estructura.
Este conocimiento, obtenido del experimento, se refleja en el Modelo Estándar de física de partículas, en el que hay varios campos cuánticos “fundamentales”. Cada uno de los tipos de partículas conocidos está representado por un campo; Las partículas individuales son excitaciones de estos campos. Uno de los campos fundamentales es el campo de electrones.
Si, en el futuro, los experimentos de energía aún mayor revelan que el electrón tiene una estructura interna, después de todo, obviamente el modelo tendría que ser revisado. Pero por ahora, el modelo refleja nuestro conocimiento experimental de que el electrón es una partícula fundamental.