En las ciencias físicas , las partículas subatómicas son partículas mucho más pequeñas que los átomos. Hay dos tipos de partículas subatómicas: partículas elementales , que según las teorías actuales no están hechas de otras partículas; y partículas compuestas .
En física de partículas, el concepto de partícula es uno de varios conceptos heredados de la física clásica. Pero también refleja la comprensión moderna de que, a escala cuántica, la materia y la energía se comportan de manera muy diferente de lo que la experiencia cotidiana nos llevaría a esperar.
La idea de una partícula experimentó un serio replanteamiento cuando los experimentos mostraron que la luz podía comportarse como una corriente de partículas (llamados fotones) y exhibir propiedades similares a las ondas. Esto condujo al nuevo concepto de dualidad onda-partícula para reflejar que las “partículas” a escala cuántica se comportan como partículas y ondas (también conocidas como wavículas). Otro concepto nuevo, el principio de incertidumbre, establece que algunas de sus propiedades, como la posición y el momento, no se pueden medir con exactitud. En tiempos más recientes, se ha demostrado que la dualidad onda-partícula se aplica no solo a los fotones sino también a partículas cada vez más masivas.
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Las interacciones de partículas en el marco de la teoría cuántica de campos se entienden como la creación y aniquilación de cuantos de las correspondientes interacciones fundamentales. Esto combina la física de partículas con la teoría de campo.
Clasificación
Por estadísticas
Cualquier partícula subatómica, como cualquier partícula en el espacio tridimensional que obedece a las leyes de la mecánica cuántica, puede ser un bosón (que significa un giro entero) o un fermión (que significa un giro de medio entero).
Por composición
Las partículas elementales del modelo estándar incluyen:
1. Seis “sabores” de quarks: arriba, abajo, abajo, arriba, extraño y encanto;
2. Seis tipos de leptones: electrón, neutrino electrónico, muón, neutrino muón, tau, neutrino tau;
3.Dos bosones de calibre (portadores de fuerza): el fotón del electromagnetismo, los tres bosones W y Z de la fuerza débil y los ocho gluones de la fuerza fuerte;
4. El bosón de Higgs.
Varias extensiones del Modelo Estándar predicen la existencia de una partícula de gravitón elemental y muchas otras partículas elementales.
Las partículas subatómicas compuestas (como protones o núcleos atómicos) son estados unidos de dos o más partículas elementales. Por ejemplo, un protón está formado por dos quarks arriba y uno abajo, mientras que el núcleo atómico del helio-4 está compuesto por dos protones y dos neutrones. Las partículas compuestas incluyen todos los hadrones: estos incluyen bariones (como protones y neutrones) y mesones (como piones y kaones).
En masa
En relatividad especial, la energía de una partícula es igual a su masa multiplicada por la velocidad de la luz al cuadrado (E = mc ^ 2 \!). Es decir, la masa se puede expresar en términos de energía y viceversa. Si una partícula tiene un marco de referencia donde se encuentra en reposo, entonces tiene una masa de reposo positiva y se conoce como masiva.
Todas las partículas compuestas son masivas. Los bariones (que significan “pesado”) tienden a tener una masa mayor que los mesones (que significa “intermedio”), que a su vez tienden a ser más pesados que los leptones (que significa “ligero”), pero el leptón más pesado (la partícula tau) es más pesado que el dos sabores más ligeros de bariones (nucleones). También es cierto que cualquier partícula con carga eléctrica es masiva.
Todas las partículas sin masa (partículas cuya masa invariante es cero) son elementales. Estos incluyen el fotón y el gluón, aunque este último no puede aislarse.
La cuestión de las masas de neutrinos es incierta.
Otras propiedades
A través del trabajo de Albert Einstein , Louis de Broglie y muchos otros, la teoría científica actual sostiene que todas las partículas también tienen una naturaleza ondulatoria. Esto se ha verificado no solo para partículas elementales sino también para partículas compuestas como átomos e incluso moléculas. De hecho, según las formulaciones tradicionales de la mecánica cuántica no relativista, la dualidad onda-partícula se aplica a todos los objetos, incluso los macroscópicos; aunque las propiedades de onda de los objetos macroscópicos no se pueden detectar debido a sus pequeñas longitudes de onda.
Las interacciones entre partículas se han analizado durante muchos siglos, y algunas leyes simples apuntalan cómo se comportan las partículas en colisiones e interacciones. Las más fundamentales son las leyes de conservación de la energía y la conservación del momento, que nos permiten hacer cálculos de las interacciones de partículas en escalas de magnitud que van desde las estrellas hasta los quarks. Estos son los prerrequisitos básicos de la mecánica newtoniana, una serie de enunciados y ecuaciones en Philosophiae Naturalis Principia Mathematica , originalmente publicada en 1687.
Dividiendo un átomo
El electrón cargado negativamente tiene una masa igual a 1⁄1836 de la de un átomo de hidrógeno. El resto de la masa del átomo de hidrógeno proviene del protón cargado positivamente. El número atómico de un elemento es el número de protones en su núcleo. Los neutrones son partículas neutras que tienen una masa ligeramente mayor que la del protón. Los diferentes isótopos del mismo elemento contienen el mismo número de protones pero diferentes números de neutrones. El número de masa de un isótopo es el número total de nucleones (neutrones y protones colectivamente).
La química se refiere a cómo el intercambio de electrones une a los átomos en estructuras como cristales y moléculas. La física nuclear se ocupa de cómo los protones y los neutrones se organizan en núcleos. El estudio de partículas subatómicas, átomos y moléculas, y su estructura e interacciones, requiere mecánica cuántica. Analizar procesos que cambian los números y tipos de partículas requiere una teoría cuántica de campos . El estudio de partículas subatómicas per se se llama física de partículas . El término física de alta energía es casi sinónimo de “física de partículas”, ya que la creación de partículas requiere altas energías: ocurre solo como resultado de rayos cósmicos, o en aceleradores de partículas. La fenomenología de partículas sistematiza el conocimiento sobre partículas subatómicas obtenidas de estos experimentos.
Fuente: Wikipedia
