Los átomos están formados por núcleos atómicos pesados cargados positivamente, rodeados por una nube de electrones ligeros cargados negativamente, unidos por la fuerza electromagnética.
Los núcleos atómicos son masas de protones cargados positivamente y neutrones eléctricamente neutros, partículas de aproximadamente el mismo peso, unidas por la fuerza nuclear, lo que equivale a un intercambio de partículas llamadas piones. La fuerza nuclear es lo suficientemente fuerte como para vencer la repulsión eléctrica de protones con carga similar, a excepción de núcleos pesados o núcleos con demasiados (o muy pocos) neutrones, que son inestables y se descomponen.
Los protones y los neutrones, así como los piones, son combinaciones de partículas elementales llamadas quarks, que tienen carga eléctrica fraccional pero también una llamada carga de “color” (nada que ver con los colores en sí, simplemente llamada así porque, al igual que la visión del color humano con rojo, verde y azul, esta carga también tiene tres estados posibles). La carga de color es la fuente de la fuerza nuclear fuerte, que mantiene juntas estas partículas. La mayor parte de la masa de protones y neutrones proviene de esta energía de enlace; Las masas de los quarks constituyentes son solo un pequeño porcentaje de la masa total de protones o neutrones.
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En cuanto a de qué están hechos los quarks, eso es una incógnita. Por lo que sabemos, son partículas verdaderamente elementales. Pero ha habido propuestas (ninguna de las cuales se verifica experimentalmente) que verían a los quarks como partículas compuestas formadas por componentes aún más simples (por ejemplo, los llamados preones).
Y si los teóricos de cuerdas tienen razón, todas estas partículas son en realidad estados cuánticos de objetos unidimensionales fundamentales, es decir, las cadenas.