abecé de las partículas elementales

ABECÉ DE LAS PARTÍCULAS ELEMENTALES

Lo prometido es deuda. Este es el abecé que anunciamos en la última entrada. Ojalá sirva como impulso para que emprendan el viaje por el maravilloso mundo de las partículas elementales:

De acuerdo con la teoría actualmente aceptada (que recibe el nombre de Modelo Estándar), las partículas elementales pertenecen a dos grandes grupos: los fermiones y los bosones. En realidad todas las partículas subatómicas, sean o no elementales son, o bien fermiones, o bien bosones; y es el comportamiento estadístico de dichas partículas el que hace que pertenezcan a uno u otro grupo. El papel que desempeñan en la naturaleza las partículas elementales es muy diferente según sean fermiones o bosones, tal y como se verá a continuación.

Fermiones

Las partículas elementales que forman parte del grupo de los fermiones son los constituyentes básicos de la materia y la antimateria en el Universo. Aunque no hay una razón aparente que justifique esta asimetría, el Universo parece estar formado esencialmente de materia, aun cuando también se ha detectado en él la presencia de antimateria, principalmente formando parte de los rayos cósmicos en forma de antipartículas.

Dentro del grupo de los fermiones existen dos familias de partículas elementales: los leptones y los quarks. En cada una de ellas se agrupan partículas (rigurosamente hablando, partículas y sus correspondientes antipartículas) con ciertas características comunes:

Leptones: Todos ellos son sensibles a la interacción nuclear débil pero no a la fuerte.

Quarks: Todos ellos son sensibles a la interacción nuclear fuerte. Una característica de estas partículas es que no aparecen como partículas libres sino como ingredientes de otras más pesadas que se denominan hadrones: las combinaciones de dos quarks (un quark y un antiquark) son los llamados mesones (y antimesones), mientras que las de tres quarks (o tres antiquarks) reciben el nombre de bariones (o antibariones), los más conocidos e importantes de éstos últimos son el protón y el neutrón.

En cada una de estas familias hay tres generaciones. Al parecer, para explicar la constitución de la materia sólo la primera generación es realmente necesaria y, hoy en día, el papel que juegan las otras dos no está completamente claro (en general las partículas de estas generaciones forman partículas pesadas altamente inestables, que son los mesones y bariones pesados).

En la siguiente tabla se recogen las propiedades principales de los leptones y los quarks. Para cada una de las partículas existe la correspondiente antipartícula: ambas tienen la misma masa pero carga eléctrica opuesta.

Bosones

Las partículas elementales del grupo de los bosones son las que llevan a cabo las interacciones fundamentales. Esto significa que dos partículas fermiónicas que interactúen entre sí mediante una de las cuatro fuerzas, lo hacen intercambiando alguna de éstas partículas bosónicas.

Hay cuatro clases de partículas elementales del tipo bosónico. Cada una de ellas corresponde a una de las cuatro interacciones y contiene una o varias partículas.

En la siguiente tabla se describen las principales propiedades de todas ellas. (Hay que hacer notar que, a diferencia de las partículas elementales fermiónicas, las bosónicas no tienen antipartículas).

Nombre	Símbolo	Masa	Carga	Interacción
Gravitón	g	0	0	Gravitacional
Bosones Vectoriales	Zo W+, W-	94000 MeV (aprox.) 83000 MeV (aprox.)	0 +1 , -1	Nuclear Débil
Fotón	g	0	0	Electromagnética
Gluones	G1, G2, G3, G4, G5, G6, G7, G8	Desconocida (pero no nula)	0	Nuclear Fuerte

Es interesante hacer notar que existe una estrecha relación entre el alcance de una interacción y la masa del bosón o bosones que la implementa: en general, cuanto mayor es la masa de la partícula intermediadora, menor es el alcance de la interacción. Concretamente:

·        La interacción gravitacional y la electromagnética tienen alcance infinito, lo cual está relacionado con el hecho de que las partículas que las sustentan (gravitón y fotón) tienen masa nula.

·        La interacción débil y la fuerte tienen alcance finito, lo cual está relacionado con el hecho de que las partículas que las sustentan (bosones vectoriales y gluones) tienen masa no nula.

Mención aparte merece el Bosón de Higgs, puesto que su verificación experimental es reciente y es una de los más importantes hallazgos de la ciencia actual:

Es un bosón, tiene espín 0 (lo que se denomina un bosón escalar). No posee carga eléctrica ni carga de color, por lo que no interacciona con el fotón ni con los gluones. Sin embargo interacciona con todas las partículas del modelo que poseen masa: los quarks, los leptones cargados y los bosones W y Z de la interacción débil. Sus constantes de acoplo, que miden cuan intensa es cada una de esas interacciones, son conocidas: su valor es mayor cuanto mayor es la masa de la partícula correspondiente. El bosón de Higgs es además su propia antipartícula.

Nota:

931 MeV equivalen a 1 u.m.a.

1 u.m.a. es la doceava masa del isótopo 12 del Carbono: 1.6606 x 10^-24 gramos.

Es decir, 1 Mev equivale a 1.7836 x 10^-27 gramos

u.m.a. (unidad de masa atómica)

Fuente: Se consultaron varias fuentes, y el artículo final fue revisado por el doctor Alfredo Pasaje, docente del departamento de Física de la Universidad de Nariño