Partícula elemental para niños
Las partículas elementales son como los ladrillos más pequeños y básicos que forman todo lo que conocemos en el universo. Son tan diminutas que, hasta donde sabemos, no están hechas de nada más pequeño ni tienen una estructura interna.
Al principio, la gente pensaba que los átomos eran las partículas más pequeñas e indivisibles. De hecho, la palabra "átomo" viene del griego atomos, que significa "indivisible". Pero con el tiempo, los científicos descubrieron que los átomos están formados por partículas aún más pequeñas, como los protones, neutrones y electrones.
Más tarde, en los años 70, se descubrió que incluso los protones y neutrones no eran tan "elementales" como se creía, ¡también están hechos de algo más pequeño! Hoy en día, cuando hablamos de partículas elementales, nos referimos a aquellas que, hasta el momento, no hemos podido dividir en partes más pequeñas.
Contenido
¿Qué son las Partículas Elementales?
Durante mucho tiempo, se pensó que los átomos eran las unidades más pequeñas de la materia. Esta idea viene de la antigua Grecia, con pensadores como Demócrito. Sin embargo, no fue hasta 1905, cuando Albert Einstein publicó su trabajo sobre el movimiento de partículas muy pequeñas, que se confirmó la existencia real de los átomos y las moléculas. Einstein sugirió que la materia era una forma de energía concentrada.
Descubrimiento de las Partículas Subatómicas
A finales del siglo XIX, los científicos empezaron a descubrir las partes que forman el átomo. Primero se encontró el electrón, luego el protón en 1919, el fotón en los años 20 y el neutrón en 1932.
Con el desarrollo de la mecánica cuántica, nuestra forma de entender las partículas cambió mucho. Esta teoría nos enseñó que las partículas pueden comportarse a veces como pequeñas bolitas y otras veces como ondas, ¡como si tuvieran una doble vida!
Partículas Subatómicas: Un Mundo en Miniatura
Cuando John Dalton propuso su teoría atómica a principios del siglo XIX, pensó que los átomos eran indivisibles. Pero la ciencia avanzó y se descubrió que los átomos están hechos de partículas más pequeñas: protones, neutrones y electrones.
De Protones y Neutrones a Quarks
El estudio del núcleo del átomo reveló que los protones y neutrones tampoco eran elementales. ¡Están formados por partículas aún más diminutas llamadas quarks! Los quarks se mantienen unidos por otras partículas llamadas gluones, que actúan como un pegamento muy fuerte.
Además de los quarks, existen otras partículas llamadas leptones. A diferencia de los protones y neutrones, los leptones sí se consideran elementales, es decir, no están hechos de nada más pequeño. Los leptones más conocidos son los electrones y los neutrinos.
Las Partículas Verdaderamente Elementales
Hoy en día, los científicos creen que los leptones, los quarks y los bosones (que son las partículas que transmiten las fuerzas) son las partículas verdaderamente elementales. No hay pruebas de que estén formadas por algo más pequeño.
Curiosamente, los leptones y los quarks se agrupan en "generaciones", como si fueran familias de partículas similares, pero cada generación es más pesada que la anterior:
- Generación 1: electrón, neutrino electrónico, quark arriba y quark abajo. Son las partículas más comunes en la materia que nos rodea.
- Generación 2: muon, neutrino muónico, quark extraño y quark encantado. Son más pesadas y se encuentran en experimentos de alta energía.
- Generación 3: tauón, neutrino tauónico, quark fondo y quark cima. Son las más pesadas y también se observan en condiciones especiales.
Los científicos aún no saben por qué existen estas tres generaciones, ¡es uno de los grandes misterios de la física!
Abundancia de Partículas Elementales en el Universo
Según los modelos actuales, la mayor parte de la materia visible en el universo está compuesta por hidrógeno (aproximadamente 75%) y helio (aproximadamente 25%). Esto significa que la mayoría de la masa del universo visible está en protones y neutrones, que a su vez están hechos de quarks arriba y quarks abajo.
Se calcula que hay una cantidad enorme de estas partículas en el universo observable. Además, los neutrinos son muy abundantes, aunque son tan ligeros que no contribuyen mucho a la masa total. También hay muchísimos fotones, que son partículas de luz y no tienen masa.
El Modelo Estándar de la Física de Partículas
El Modelo estándar de la física de partículas es como el "manual" que usan los físicos para entender las partículas elementales y cómo interactúan entre sí. Este modelo incluye 12 tipos de fermiones elementales (que son las partículas de materia), sus antipartículas (que son como sus "gemelos opuestos"), y los bosones (que son las partículas que transmiten las fuerzas). También incluye el bosón de Higgs, que fue descubierto en 2012 y es el responsable de dar masa a las demás partículas.
Aunque el Modelo Estándar es muy exitoso, los científicos creen que no es la teoría final. Por ejemplo, no incluye la gravedad ni explica la materia oscura. Por eso, se buscan nuevas partículas hipotéticas, como el gravitón (que transmitiría la fuerza de la gravedad) o las "superpartículas" (que serían compañeras de las partículas que ya conocemos).
Fermiones Fundamentales
Los 12 fermiones fundamentales se dividen en 3 generaciones, con 4 partículas en cada una.
- La mitad de estos fermiones son leptones. Tres de ellos tienen carga eléctrica negativa (el electrón, el muón y el tau). Los otros tres leptones son los neutrinos, que no tienen carga eléctrica.
- Las seis partículas restantes son los quarks.
Cuarks: Los Ladrillos de Protones y Neutrones
Los quarks son muy especiales. Nunca se les ha encontrado solos, siempre están unidos formando otras partículas más grandes llamadas hadrones (como los protones y neutrones). Esto se debe a una fuerza muy potente llamada interacción fuerte.
Cada quark tiene una "carga de color" (que no es un color real, sino una propiedad). Los quarks interactúan intercambiando gluones, que también tienen carga de color. A diferencia de la fuerza eléctrica, que se debilita con la distancia, la fuerza fuerte ¡se hace más intensa cuando los quarks intentan separarse!
Sin embargo, los quarks pueden combinarse para formar partículas "neutras de color".
- Un quark y un antiquark pueden unirse para formar un mesón.
- Tres quarks (con diferentes "colores") pueden unirse para formar un barión (como un protón o un neutrón).
Los quarks también tienen cargas eléctricas fraccionarias (como +2/3 o -1/3), pero como siempre están dentro de hadrones, nunca se ha observado una carga fraccionaria aislada.
La prueba de que los quarks existen viene de experimentos donde se disparan electrones a los núcleos atómicos. Cuando los electrones chocan con los protones a alta energía, se desvían de forma que sugiere que la carga del protón no es uniforme, sino que está dividida en partículas más pequeñas y cargadas: los quarks.
Véase también
En inglés: Elementary particle Facts for Kids
