Partícula (física)

De Wikipedia, la enciclopedia libre
Los soldadores por arcos se han de proteger a sí mismos de las chispas que salen disparadas, las cuales son partículas de metal recalentadas que salen volando de la superficie de soldadura a la atmósfera.

En las ciencias físicas, una partícula (o corpúsculo en textos antiguos) consiste en un pequeño objeto al cual pueden ser atribuidas varias propiedades físicas y químicas tales como un volumen o una masa.[1][2]​ Estas varían ampliamente tanto en tamaño como en cantidad, desde partículas subatómicas como el electrón, pasando por partículas microscópicas como átomos o moléculas, hasta las partículas macroscópicas como la pólvora u otros materiales granulados. Las partículas también pueden ser usadas para crear modelos científicos de incluso objetos más grandes, dependiendo de la densidad, tales como humanos moviéndose en una multitud o cuerpos celestes en movimiento.[3]​ El término 'partícula' es más bien general en significado, y se especifica de acuerdo a las necesidades de cada una de las específicas ramificaciones de la ciencia.[4]​ 

Propiedades conceptuales[editar]

Las partículas son a menudo representadas como puntos. Esta figura podría representar el movimiento de átomos en un gas, personas en multitudes o estrellas en el cielo nocturno.

El concepto de partículas es particularmente útil cuando el modelismo científico puede presentar complejidades o suponer una computación difícil.[5]

Puede utilizarse para hacer suposiciones simplificadoras sobre los procesos implicados. Francis Sears y Mark Zemansky, en University Physics, dan el ejemplo de calcular el lugar de aterrizaje y la velocidad de una pelota de béisbol lanzada al aire. Despojan gradualmente a la pelota de béisbol de la mayoría de sus propiedades, primero idealizándola como una esfera rígida y lisa, luego despreciando la rotación, la flotabilidad y la fricción, reduciendo finalmente el problema a la balística de una clásica partícula puntual. partícula puntual.[6]​ El tratamiento de grandes números de partículas es el ámbito de la física estadística.[7]

Tamaño[editar]

Las galaxias son tan grandes que las estrellas pueden ser consideradas como partículas relativas a las mismas.

El término partícula es a menudo aplicado de manera diferente a tres clases de tamaños.El término partícula macroscópica, a menudo se refiere a partículas mucho mayores que los átomos o moléculas. Estas son normalmente abstraídas como puntos materiales, incluso aunque tienen volúmenes, formas, estructuras, etc. [8]​ Ejemplos de partículas macroscópicas podrían ser la pólvora, polvo, arena, trozos residuales durante un accidente de tráfico, o incluso objetos tan grandes como las estrellas de una galaxia.[9][10]

Otro tipo, las partículas microscópicas, hace referencia a menudo a las partículas cuyos tamaños varían desde átomos a moléculas, tales cómo el dióxido de carbono, nanopartículas, o coloides. Estas partículas son estudiadas en Química, tanto como en física atómica y molecular. Las partículas más pequeñas de estas son las llamadas partículas subatómicas, que conciernen a partículas más pequeñas que átomos.[11]​ Estas incluirían partículas tales como los propios constituyentes de los átomosprotones, neutrones, y electrones – tanto como otros tipos de partículas que solo pueden ser producidas por aceleradores de partículas o rayos cósmicos. Estas partículas son estudiadas en la física de partículas.

Debido a su tamaño extremadamente pequeño, el estudio de las partículas microscópicas y subatómicas cae en territorio de la mecánica cuántica. Estas exhibirán fenómenos demostrados en el modelo de partícula en una caja,R. Eisberg; R. Resnick (1985). «Solutions of Time-Independent Schroedinger Equations». Quantum Physics of Atoms, Molecules, Solids, Nuclei, Ions, Compounds and Particles (2nd edición). John Wiley & Sons. pp. 214–226. ISBN 978-0-471-87373-0. </ref>[12]​ including wave–particle duality,[13][14]​ incluyendo la dualidad onda corpúsculo, y si las partículas puedan ser consideradas distintas o idénticas.[15][16][17][18]

Composición[editar]

Un protón está compuesto por tres quarks.

Las partículas también pueden clasificarse según su composición. Las partículas compuestas son las que tienen composición, es decir, las que están formadas por otras partículas.[19]​ Por ejemplo, un átomo de carbono-14 está formado por seis protones, ocho neutrones y seis electrones. Por el contrario, las partículas elementales (también llamadas partículas fundamentales) son aquellas que no están formadas por otras partículas.[20]​ Según nuestro conocimiento actual del mundo (Modelo estándar de la física de partículas), sólo existe un número muy reducido de ellas, como los leptones, los quarks y los gluones. Sin embargo, es posible que algunas de ellas resulten ser partículas compuestas y sólo parezcan elementales por el momento.[21]​ Mientras que las partículas compuestas pueden considerarse a menudo puntuales, las partículas elementales son realmente puntuales.[22]

Estabilidad[editar]

Se sabe que tanto las partículas elementales (como los muones) como las compuestas (como los núcleos de uranio), sufren desintegración de partículas. Las que no lo hacen se denominan partículas estables, como el electrón o un núcleo atómico de helio-4. núcleo. El tiempo de vida de las partículas estables puede ser infinito o lo suficientemente grande como para dificultar los intentos de observar dichas desintegraciones. En este último caso, dichas partículas se denominan "observacionalmente estables". En general, una partícula decae de un estado de altaenergía a otro de menor energía emitiendo alguna forma de radiación, como la emisión de fotones.

Simulación de N-cuerpos[editar]

En física computacional, la Simulaciones de N-cuerpos (también llamadas simulaciones de N-partículas) son simulaciones de sistemas dinámicos de partículas bajo la influencia de ciertas condiciones, como estar sujetas a gravedad.[23]​ Estas simulaciones son muy comunes en cosmología y dinámica de fluidos computacional.

N se refiere al número de partículas consideradas. Como las simulaciones con N más alto son más intensivas computacionalmente, los sistemas con un gran número de partículas reales a menudo se aproximarán a un número más pequeño de partículas, y los algoritmos de simulación necesitan ser optimizados a través de varios métodos.[23]

Distribución de partículas[editar]

Ejemplos de una dispersión coloidal estable y de una inestable

.

Las partículas coloidales son los componentes de un coloide. Un coloide es una sustancia microscópicamente dispersa de manera uniforme en otra sustancia.[24]​ Dicho sistema coloidal puede ser sólido, líquido, o gaseoso; así como continuo o disperso. Las partículas en fase dispersa tienen un diámetro aproximado de entre 5 y 200 nanómetros.[25]​ Las partículas solubles más pequeñas que esto formarán una solución en contraposición a un coloide. Los sistemas coloidales (también llamados soluciones coloidales o suspensiones coloidales) son el tema de la Interfase y ciencia coloide. Los sólidos en suspensión pueden mantenerse en un líquido, mientras que las partículas sólidas o líquidas suspendidas en un gas forman conjuntamente un aerosol. Las partículas también pueden estar suspendidas en forma de materia particulada atmosférica, que puede constituir contaminación atmosférica. Las partículas de mayor tamaño pueden formar igualmente basura marina o basura espacial. Un conglomerado de partículas sólidas macroscópicas discretas puede describirse como material granular.

Referencias[editar]

  1. «Particle». AMS Glossary. American Meteorological Society. Consultado el 12 de abril de 2015. 
  2. «Particle». Oxford English Dictionary (3rd edición) (Oxford University Press). September 2005. 
  3. T. W. Lambe; R. V. Whitman (1969). John Wiley & Sons, ed. Soil Mechanics. p. 18. ISBN 978-0-471-51192-2. «The word 'particulate' means 'of or pertaining to a system of particles'. » 
  4. T. W. Lambe; R. V. Whitman (1969). Soil Mechanics. John Wiley & Sons. p. 18. ISBN 978-0-471-51192-2. «The word 'particulate' means 'of or pertaining to a system of particles'. » 
  5. F. Reif (1965). «Statistical Description of Systems of Particles». Fundamentals of Statistical and Thermal Physics. McGraw-Hill. pp. 47ff. ISBN 978-0-07-051800-1. 
  6. F. W. Sears; M. W. Zemansky (1964). «Equilibrio de una partícula». En Addison-Wesley, ed. Física universitaria (3 edición). p. 27. LCCN 63015265. «Un cuerpo cuya rotación se ignora por irrelevante se denomina partícula. Una partícula puede ser tan pequeña que sea una aproximación a un punto, o puede ser de cualquier tamaño, siempre que las líneas de acción de todas las fuerzas que actúan sobre ella se crucen en un punto. » 
  7. F. Reif (1965). «Descripción estadística de sistemas de partículas». En McGraw-Hill, ed. Fundamentos de Física Estadística y Térmica. pp. 47ff. ISBN 978-0-07-051800-1. 
  8. «Sérsic galaxy with Sérsic halo models of early-type galaxies: A tool for N-body simulations». Publications of the Astronomical Society of the Pacific 121 (879): 437. 2009. Bibcode:2009PASP..121..437C. doi:10.1086/599288. 
  9. J. Dubinski (2003). «Galaxy Dynamics and Cosmology on Mckenzie». Canadian Institute for Theoretical Astrophysics. Archivado desde el original el 2 de noviembre de 2021. Consultado el 24 de febrero de 2011. 
  10. G. Coppola; F. La Barbera; M. Capaccioli (2009). «Sérsic galaxy with Sérsic halo models of early-type galaxies: A tool for N-body simulations». Publications of the Astronomical Society of the Pacific 121 (879): 437. Bibcode:2009PASP..121..437C. arXiv:0903.4758. doi:10.1086/599288. 
  11. «Subatomic particle». YourDictionary.com. Archivado desde el original el 5 de marzo de 2011. Consultado el 8 de febrero de 2010. 
  12. F. Reif (1965). «Quantum Statistics of Ideal Gases – Quantum States of a Single Particle». Fundamentals of Statistical and Thermal Physics. McGraw-Hill. pp. vii-x. ISBN 978-0-07-051800-1. 
  13. R. Eisberg; R. Resnick (1985). «Photons—Particlelike Properties of Radiation». Quantum Physics of Atoms, Molecules, Solids, Nuclei, and Particles. (2nd edición). John Wiley & Sons. pp. 26–54. ISBN 978-0-471-87373-0. 
  14. R. Eisberg; R. Resnick (1985). «de Broglie's Postulate—Wavelike Properties of Particles». Quantum Physics of Atoms, Molecules, Solids, Nuclei, and Particles (2nd edición). John Wiley & Sons. pp. 55–84. ISBN 978-0-471-87373-0. 
  15. «Solutions of Time-Independent Schroedinger Equations». Quantum Physics of Atoms, Molecules, Solids, Nuclei, Ions, Compounds and Particles (2nd edición). John Wiley & Sons. 1985. pp. 214–226. ISBN 978-0-471-87373-0. 
  16. F. Reif (1965). «Quantum Statistics of Ideal Gases – Quantum States of a Single Particle». Fundamentals of Statistical and Thermal Physics. McGraw-Hill. pp. vii–x. ISBN 978-0-07-051800-1. 
  17. «Photons—Particlelike Properties of Radiation». Quantum Physics of Atoms, Molecules, Solids, Nuclei, and Particles. (2nd edición). John Wiley & Sons. 1985. pp. 26–54. ISBN 978-0-471-87373-0. 
  18. «de Broglie's Postulate—Wavelike Properties of Particles». Quantum Physics of Atoms, Molecules, Solids, Nuclei, and Particles (2nd edición). John Wiley & Sons. 1985. pp. 55–84. ISBN 978-0-471-87373-0. 
  19. «Composite particle». American Heritage Science Dictionary YourDictionary.com. Archivado desde el original el 15 de noviembre de 2010. Consultado el 8 de febrero de 2010. 
  20. «Elementary particle». American Heritage Science Dictionary YourDictionary.com]]. Archivado desde el original el 14 de octubre de 2010. Consultado el 8 de febrero de 2010. 
  21. I. A. D'Souza; C. S. Kalman (1992). Preons: Models of Leptons, Quarks and Gauge Bosons as Composite Objects. World Scientific. ISBN 978-981-02-1019-9. 
  22. US National Research Council (1990). «What is an elementary particle?». Elementary-Particle Physics. United States National Research Council. p. 19. ISBN 0-309-03576-7. 
  23. a b A. Graps (20 de marzo de 2000). «N-Cuerpo / Métodos de Simulación de Partículas». Archivado desde el original el 5 de abril de 2001. Consultado el 18 de abril de 2019. 
  24. «Coloide». Encyclopædia Britannica. 1 de julio de 2014. Consultado el 12 de abril de 2015. 
  25. I. N. Levine (2001). McGraw-Hill, ed. Química Física (5 edición). p. 955. ISBN 978-0-07-231808-1. 

Bibliografía[editar]