Las partículas compuestas admiten la posibilidad de colisiones inelásticas, donde parte de la energía cinética se convierte en energía de excitaciones internas. Los átomos pueden ser excitados hacia estados de energía de electrones más altos. Del mismo modo, los núcleos atómicos pueden excitarse en estados de rotación y vibración, con la escala de energía típica requerida del orden de cientos de keV a unos pocos MeV.
Lo mismo ocurre con los protones y los neutrones, aunque las escalas de energía requeridas para tales excitaciones son mucho más altas. Uno de esos estados excitados del protón es el barón [matemático] \ Delta ^ + [/ matemático], que tiene la misma composición de quark pero tiene espín [matemático] j = 3/2 [/ matemático]; sin embargo, esto requiere varios cientos MeV.
Permítanme desviarme por un momento para hablar sobre el concepto de tamaño en la mecánica cuántica, y luego responderé la pregunta.
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Usando las constantes fundamentales de la naturaleza, uno puede crear un vínculo entre una escala de energía y una escala de longitud. Una de esas relaciones es [matemáticas] \ Delta x = \ frac {\ hbar c} {\ Delta E} [/ matemáticas]. Si conectamos la escala de energía mínima requerida para revelar la estructura interna de una partícula compuesta, esto nos da una estimación de su tamaño, que es casi tan bueno como vamos a obtener, porque el “tamaño” no es realmente un pozo definido en mecánica cuántica.
La energía requerida para excitar un protón en un [matemático] \ Delta ^ + [/ matemático] viene dada por la diferencia en sus masas: [matemático] m_ \ Delta c ^ 2 – m_p c ^ 2 \ aprox 1232 – 938 [/ matemáticas] MeV [matemáticas] = 294 [/ matemáticas] MeV, como dije anteriormente. Conectando eso, encontramos que esto corresponde a un “tamaño” de aproximadamente [math] 0.8 [/ math] femtometers, que está muy cerca de lo que llamamos el “tamaño” del protón.
De todos modos, aquí está mi respuesta a su pregunta original. Cuando llamamos a una partícula “fundamental”, lo que realmente queremos decir es que no está compuesta de componentes internos y, por lo tanto, no tiene estados de excitación interna. Uno podría estar inclinado a definir aproximadamente una partícula fundamental como aquella cuya escala de energía de excitación es infinita, lo que correspondería a un “tamaño” de cero, en otras palabras, una partícula puntual.
También hay otras formas de ver la subestructura de partículas además de las colisiones inelásticas. Si el electrón fuera una partícula compuesta, tendría un momento dipolo eléctrico pequeño pero distinto de cero, por ejemplo. El neutrón es eléctricamente neutro, pero posee un momento dipolar eléctrico, lo que implica que consta de componentes cargados eléctricamente cuya carga total se suma a cero.
En cualquier caso, no se ha observado tal subestructura para el electrón. Ningún experimento ha medido un momento dipolo eléctrico de electrones, ni ningún experimento ha revelado evidencia de estados excitados internos del electrón. Por supuesto, es posible que simplemente no hayamos alcanzado las energías lo suficientemente altas como para ver tales cosas; desde ese punto de vista, un experimento nunca puede decir realmente que algo es fundamental, solo eso, si es una partícula compuesta, entonces debe ser fantásticamente Difícil de excitar.
