Partícula elemental

Modelo Estándar de Partículas Elementales.

Las partículas elementales son los constituyentes elementales de la materia. Originalmente el término partícula elemental se usó para toda partícula subatómica como los protones y neutrones, los electrones y otros tipos de partículas exóticas que sólo pueden encontrarse en los rayos cósmicos o en los grandes aceleradores de partículas, como los piones o los muones. Sin embargo, a partir de los años 1970 quedó claro que los protones y neutrones son partículas compuestas de otras partículas más simples. Actualmente el nombre partícula elemental se usa para las partículas, que hasta donde se sabe, no están formadas por partículas más simples en interacción.

Partículas subatómicas

Los neutrones, protones y otras partículas compuestas como los hadrones y los mesones están formados por constituyentes más simples llamados quarks y antiquarks y "nubes" de gluones que los mantienen unidos.

La lista de partículas subatómicas que actualmente se conocen consta de centenares de estas partículas, situación que sorprendió a los físicos, hasta que fueron capaces de comprender que muchas de esas partículas realmente no eran elementales sino compuestas de elementos más simples llamados quarks y leptones que interaccionan entre ellos mediante el intercambio de bosones.

El término partícula elemental se sigue usando para cualquier partícula que esté por debajo del nivel atómico. Por ejemplo, es usual hablar de protones y neutrones como partículas elementales aún cuando hoy sabemos que no son "elementales" en sentido estricto dado que tienen estructura ya que el modelo estándar analiza a estas partículas en términos de constituyentes aún más elementales llamados quarks que no pueden encontrarse libres en la naturaleza.

Partículas propiamente elementales

Una visión general de las distintas familias de partículas elementales, y las teorías que describen sus interacciones.

Otras partículas subatómicas como los leptones y entre ellos los neutrinos son partículas, de las que se cree son realmente elementales. Los neutrinos, entidades que comenzaron su existencia como artificios matemáticos, ya han sido detectados y forman parte de todas las teorías físicas de la composición de la materia, de la cosmología, astrofísica y otras disciplinas.

Actualmente se cree que los leptones, los quarks y los bosones gauge son todos los constituyentes más pequeños de la materia y por tanto serían partículas propiamente elementales. Existe un problema interesante en cuanto a estas partículas propiamente elementales, ya que parecen los leptones, por ejemplo, agruparse en series homofuncionales, siendo cada generación similar a la anterior pero formada por partículas más masivas:

• Generación 2: electrón, neutrino eléctrónico, Quark arriba, quark abajo.
• Generación 3: muón, neutrino muónico, quark extraño, quark encantado.
• Generación 4: tauón, neutrino tauónico, quark fondo, quark cima.

Aunque no se tienen demasiadas ideas de por qué existen estas tres generaciones, en teoría de cuerdas el número de generaciones existentes tiene que ver con la topología de la variedad de Calabi-Yau que aparece en su formulación. Concretamente el número de generaciones coincidiría en esta teoría con la mitad del valor absoluto del número de Euler de la variedad de Calabi-Yau.​ Sin embargo, esto no es estrictamente una predicción ya que en el estadio actual de la teoría de cuerdas pueden construirse espacios de Calabi-Yau de diferente número de Euler. Se sabe que si quiere construirse una teoría de cuerdas que de lugar a sólo tres generaciones, el número de Euler debe ser ±6.

Existe la hipótesis de que los quarks están formados de preones.

Véase también

• Física nuclear
• Física de partículas
• Modelo estándar de física de partículas
• Procesos nucleares

Referencias

• Brian R. Green: The elegant universe, 1999 [existe una edición española, El universo elegante, Ed. Critica, Drakontos, ISBN 84-8432-781-7, 2006].
• Halzen, F. ; Martin, D. - Quarks & Leptons, 1984, Ed. John Wiley, ISBN 0-471-81187-4.