Partícula fundamental

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Una partícula fundamental  es una partícula elemental sin estructura [1] , que hasta ahora no ha sido descrita como un compuesto [2] . Las partículas actualmente consideradas elementales incluyen fermiones fundamentales ( quarks , leptones , antiquarks y antileptones ), que son típicamente "partículas de materia" y "partículas de antimateria ", así como bosones fundamentales (bosones de medida y el bosón de Higgs ), que son típicamente "partículas de fuerza" que median interacciones entre fermiones [3] [2]. Una partícula que contiene dos o más partículas elementales es una partícula compuesta .

La materia ordinaria está formada por átomos, que alguna vez se pensó que eran partículas elementales; en griego, " átomo " significa "indivisible, sin cortar", aunque la existencia del átomo siguió siendo controvertida hasta alrededor de 1910, ya que algunos físicos destacados vieron las moléculas como ilusiones matemáticas. y la materia finalmente consistía en energía [2] [4] . Los constituyentes subatómicos del átomo se determinaron a principios de la década de 1930; electrones y protones , junto con un fotón , una partícula de radiación electromagnética [2] . En ese momento, el reciente advenimiento de la mecánica cuántica cambió radicalmente el concepto de partículas, ya que una sola partícula aparentemente podría barrer el campo como una onda . Esta paradoja aún no se ha explicado satisfactoriamente [5] [6] .

Con la ayuda de la teoría cuántica, se descubrió que los protones y los neutrones contienen quarks ( arriba y abajo ), considerados partículas elementales [2] . Dentro de una molécula, un electrón tiene tres grados de libertad ( carga , espín , orbital ), que se pueden separar utilizando la función de onda en tres cuasipartículas ( holón , espinón , orbitón ) [7] . Sin embargo, un electrón libre que no gira alrededor del núcleo atómico y no tiene movimiento orbital parece ser indivisible y sigue siendo una partícula elemental [7] .

Alrededor de 1980, el estado de la partícula elemental como verdaderamente elemental, el componente último de la materia, se abandonó en gran medida por una visión más práctica [2] , que se incorporó en el modelo estándar de la física de partículas, conocida como la teoría científica de mayor éxito experimental. [6] [8] . Muchos desarrollos y teorías fuera del modelo estándar , incluida la supersimetría popular , duplican el número de partículas elementales, con la hipótesis de que cada partícula conocida está asociada con un compañero "sombra" mucho más masivo [9] [10] , aunque todos esos supercompañeros permanecen sin descubrir [ 8] [11] . Mientras tanto, el bosón elemental que media la gravedad ( gravitón ) sigue siendo hipotético [2] . Además, como muestran las hipótesis, es probable que el espacio-tiempo esté cuantizado, por lo tanto, lo más probable es que haya "átomos" del espacio y el tiempo mismo [12] .

Bosones fundamentales

Bosones fundamentales:

Nombre Cargo ( e ) Girar Masa ( GeV ) Interacción portátil
Fotón 0 una 0 Interacción electromagnética
W ± ±1 una 80.4 Interacción débil
Z0 _ 0 una 91.2 Interacción débil
Gluón 0 una 0 Fuerte interacción
bosón de Higgs 0 0 ≈125,09±0,24 [13] masa inercial

Fermiones fundamentales

Fermiones fundamentales :

Generación Quarks con carga (+2/3) e Quarks con carga (−1/3) e
Nombre/sabor de quark/antiquark Símbolo de quark/antiquark Masa ( MeV ) Nombre/sabor de quark/antiquark Símbolo de quark/antiquark Masa ( MeV )
una u-quark (up-quark) / anti-u-quark de 1.5 a 3 d-quark (quark abajo) / anti-d-quark 4,79±0,07
2 quark c (encanto-quark) / anti-c-quark 1250±90 s-quark (quark extraño) / anti-s-quark 95±25
3 t-quark (top-quark) / anti-t-quark 174 340 ± 790 [14] b-quark (quark inferior) / anti-b-quark 4200±70

Todos los quarks también tienen una carga eléctrica que es un múltiplo de 1/3 de la carga elemental. En cada generación, un quark tiene una carga eléctrica de +2/3 (son quarks u, c y t) y uno tiene una carga de −1/3 (quarks d, s y b); Los antiquarks tienen cargas opuestas. Además de las interacciones fuerte y electromagnética, los quarks participan en la interacción débil.

Generación Leptón cargado / antipartícula Neutrino / antineutrino
Nombre Símbolo Carga eléctrica ( e ) Masa ( MeV ) Nombre Símbolo Carga eléctrica ( e ) Masa ( MeV )
una electrón / positrón −1 / +1 0.511 Neutrino electrónico / Antineutrino electrónico 0 < 0,0000022 [15]
2 muón −1 / +1 105.66 Neutrino muón / Antineutrino muón 0 <0,17 [15]
3 Tau leptón −1 / +1 1776.99 Neutrino tau / antineutrino tau 0 <15,5 [15]

Historia

Hasta el siglo XVII, 4 elementos eran considerados partículas fundamentales [16] .

Hasta principios del siglo XX , los átomos se consideraban partículas fundamentales [17] . Además, el núcleo atómico y el electrón comenzaron a ser considerados partículas fundamentales [18] . Además, se descubrió que el núcleo atómico está formado por protones y neutrones , y estos comenzaron a ser considerados fundamentales, y no el núcleo [19] . Luego se descubrió que los protones y los neutrones consisten en quarks [20] .

Notas

  1. ↑ ¿Qué es fundamental? Búsqueda fundamental Copia de archivo fechada el 5 de enero de 2003 en Wayback Machine Sitio web oficial del detector KEDR
  2. ↑ 1 2 3 4 5 6 7 Sylvie Braibant; Giorgio Giacomelli; Mauricio Spurio. Partículas e interacciones fundamentales: una introducción a la física de partículas  . — 2do. - Springer , 2012. - P. 1-3. - ISBN 978-94-007-2463-1 . Archivado el 26 de agosto de 2016 en Wayback Machine .
  3. ↑ ¿Qué es fundamental? Modelo estándar: preguntas para verificación Copia archivada el 5 de abril de 2022 en el sitio web oficial del detector KEDR de Wayback Machine
  4. ↑ Ronald Newburgh; José Peidle; Wolfgang Rückner. Einstein, Perrin y la realidad de los átomos: 1905 revisado  // American  Journal of Physics  : revista. - 2006. - vol. 74 , núm. 6 _ - pág. 478-481 . -doi : 10.1119/ 1.2188962 . - . Archivado desde el original el 3 de agosto de 2017.
  5. ↑ Friedel Weinert. El científico como filósofo: consecuencias filosóficas de los grandes  descubrimientos científicos . - Springer , 2004. - Pág. 43, 57-59. — ISBN 978-3-540-20580-7 . Archivado el 1 de agosto de 2020 en Wayback Machine .
  6. ↑ 1 2 Meinard Kühlmann. Los físicos debaten si el mundo está hecho de partículas o campos, o algo completamente diferente  (inglés)  // Scientific American  : revista. - Springer Nature , 2013. - 24 de julio. Archivado desde el original el 31 de agosto de 2016.
  7. ↑ 1 2 Zeeya Merali. No tan elemental, mi querido electrón: la partícula fundamental se 'divide' en cuasipartículas, incluido el nuevo 'órbito'  //  Naturaleza :  revista. - 2012. - 18 de abril. -doi : 10.1038/ naturaleza.2012.10471 .
  8. ↑ 12 Ian O'Neill . El descubrimiento del LHC mutila la supersimetría, otra vez . Discovery News (24 de julio de 2013). Consultado el 28 de agosto de 2013. Archivado desde el original el 13 de marzo de 2016.
  9. ↑ Grupo de datos de partículas . Misterios sin resolver: supersimetría . La aventura de las partículas . Laboratorio de Berkeley . Consultado el 28 de agosto de 2013. Archivado desde el original el 28 de julio de 2013.
  10. ↑ Consejo Nacional de Investigación Revelando la naturaleza oculta del espacio y el tiempo: trazando el curso de la física elemental de partículas  (inglés) . — Prensa de las Academias Nacionales, 2006. - Pág. 68. - ISBN 978-0-309-66039-6 . Archivado el 1 de agosto de 2020 en Wayback Machine .
  11. ↑ Los datos más recientes del CERN no muestran signos de supersimetría, todavía . Phys.Org (25 de julio de 2013). Consultado el 28 de agosto de 2013. Archivado desde el original el 17 de agosto de 2013.
  12. ↑ Smolin, Lee Átomos del espacio y el tiempo . Científico americano (2006). Archivado desde el original el 4 de febrero de 2016.
  13. ↑ ATLAS y CMS publican la medición conjunta de la masa del bosón de Higgs (enlace no disponible) . Consultado el 8 de mayo de 2015. Archivado desde el original el 2 de abril de 2015. 
  14. ↑ E. E. Boos, O. Brandt, D. Denisov, S. P. Denisov, P. Grannis. Top-quark (al 20 aniversario del descubrimiento)  // Uspekhi Fizicheskikh Nauk . - Academia Rusa de Ciencias , 2015. - T. 185 . - S. 1241-1269 . - doi : 10.3367/UFNr.0185.201512a.1241 . Archivado desde el original el 20 de diciembre de 2016.
  15. ↑ 1 2 3 Medidas de laboratorio y restricciones sobre las propiedades de los neutrinos  (ing.) . Consultado el 25 de septiembre de 2009. Archivado desde el original el 21 de febrero de 2012.
  16. ↑ ¿Qué es fundamental? . Consultado el 25 de noviembre de 2014. Archivado desde el original el 5 de enero de 2003.
  17. ↑ ¿Qué es fundamental? Copia de Atom Archive fechada el 29 de enero de 2003 en Wayback Machine Sitio web oficial del detector KEDR
  18. ↑ ¿Qué es fundamental? Is the atom fundamental Archivado el 5 de abril de 2022 en Wayback Machine Sitio web oficial del detector KEDR
  19. ↑ ¿Qué es fundamental? ¿El núcleo es fundamental? Copia archivada del 28 de marzo de 2022 en Wayback Machine Sitio web oficial del detector KEDR
  20. ↑ ¿Qué es fundamental? ¿Son los protones y los neutrones partículas fundamentales? Copia archivada con fecha del 31 de marzo de 2022 en Wayback Machine Sitio web oficial del detector KEDR

Enlaces

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