Diferencia entre revisiones de «Física de partículas»

(Página creada con '{{Artículo bueno}} La '''física de partículas''' es la rama de la física que estudia los componentes elementales de la materia y las interacciones entre ellos.<ref>{{ci…')
 
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{{Objeto|nombre=La Física de las partículas |imagen=fisicadeparticulas1.jpg|descripcion=Estudia los componentes elementales de la materia y las interacciones entre ellos. }}'''Física de partículas'''. Rama de la física que estudia los componentes elementales de la materia y las interacciones entre ellos.  
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La '''física de partículas''' es la rama de la [[física]] que estudia los componentes elementales de la materia y las interacciones entre ellos.<ref>{{cita web|url= http://www.fis.utfsm.cl/partic.htm| título= Campos y Partículas| año=2000|fechaacceso=27/02/2008}}</ref>
 
  
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Las partículas fundamentales se subdividen en [[bosón|bosones]] (partículas de [[espín]] entero como por ejemplo 0, 1, 2...), que son las responsables de transmitir las fuerzas fundamentales de la naturaleza, y [[fermión|fermiones]] (partículas de [[espín]] semientero como por ejemplo 1/2 ó 3/2).
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Las partículas fundamentales se subdividen en [[Bosones]] (partículas de espín entero como por ejemplo 0, 1, 2...), que son las responsables de transmitir las fuerzas fundamentales de la naturaleza, y [[Fermiones]] (partículas de espín [[Semientero]] como por ejemplo 1/2 ó 3/2).  
  
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Se conoce a esta rama también como ''física de altas energías'' debido a que muchas de las partículas se las puede ver solo en grandes colisiones provocadas en los [[acelerador de partículas|aceleradores de partículas]].<ref name="encarta">{{cita web|url=http://es.encarta.msn.com/encnet/refpages/RefArticle.aspx?refid=761562335| título= Partículas elementales|autor= Enciclopedia Encarta|año=2007|fechaacceso=28/02/2008}}</ref>
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Se conoce a esta rama también como física de altas energías debido a que muchas de las partículas se las puede ver solo en grandes colisiones provocadas en los aceleradores de partículas.  
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[[Archivo:Beta decay artistic.svg|thumb|300px|[[Diagrama de Feynman]] de una [[desintegración beta]], proceso mediante el cual un [[neutrón]] puede convertirse en [[protón]]. En la figura uno de los tres quarks del neutrón de la izquierda (quark d en azul), emite una partícula W<sup>-</sup> pasando a ser un quark (u), la partícula emitida (W<sup>-</sup>) se desintegra en un antineutrino y un electrón.]]
 
  
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== Historia ==
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== Historia ==
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{{AP|Historia de la física de partículas}}
 
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[[Archivo:First neutrino observation.jpg|thumb|Primera observación de un neutrino, tras incidir sobre un protón, en una [[cámara de burbujas]].]]
 
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El hombre desde la antigüedad ha imaginado que el [[Universo]] en el que habita está compuesto de varios elementos; por ejemplo, [[Empédocles]] en el siglo V antes de nuestra era postuló que todo lo existente se podría obtener de la mezcla de [[agua]], [[tierra]], [[fuego]] y [[aire]].<ref>{{cita web|url=http://particleadventure.org/spanish/four_elem_anss.html|título=Respuesta a la pregunta sobre los cuatro elementos|autor=Particle Data Group|fechaacceso=27/02/2008}}</ref> Podríamos mencionar a [[Demócrito]] como el primero en indicar la existencia de [[átomo]]s, como una especie de elementos indivisibles.
 
  
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Los avances científicos de principios del siglo XX  por parte de [[Max Planck]], [[Albert Einstein]], [[Niels Bohr]] y otros dieron lugar al nacimiento de la [[mecánica cuántica]]. El [[efecto fotoeléctrico]] mostraba la naturaleza cuántica de la luz para explicar su interacción con la materia, denominándose [[fotón]] al "cuanto" de luz. Actualmente se conocen otras tres partículas que [[interacciones fundamentales|interactúan]] con la materia, llamadas [[bosón|bosones]]. Para comprender la estructura de la materia aparecieron diferentes [[modelo atómico|modelos atómicos]], siendo, hacia 1930, los electrones, protones y neutrones los constituyentes básicos de la materia. Hacia 1960, gracias a [[Murray Gell-Mann]], se predicen constituyentes más elementales para los protones y neutrones, los [[quarks]], por lo que los elementos básicos constituyentes de la materia se convierten en [[quark]]s, [[electrón|electrones]] y [[neutrino]]s.
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El hombre desde la antigüedad ha imaginado que el Universo en el que habita está compuesto de varios elementos; por ejemplo, [[Empédocles]] en el [[Siglo V]] antes de nuestra era postuló que todo lo existente se podría obtener de la mezcla de agua, tierra, fuego y aire. Podríamos mencionar a [[Demócrito]] como el primero en indicar la existencia de átomos, como una especie de elementos indivisibles.  
  
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== Partículas elementales ==
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Los avances científicos de principios del [[Siglo XX]] por parte de [[Max Planck]], [[Albert Einstein]], [[Niels Bohr]] y otros dieron lugar al nacimiento de la mecánica cuántica. El efecto fotoeléctrico mostraba la naturaleza cuántica de la luz para explicar su interacción con la materia, denominándose fotón al "cuanto" de luz. Actualmente se conocen otras tres partículas que interactúan con la materia, llamadas [[Bosones]].  
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{{AP|Partícula elemental|AP2=Modelo estándar}}
 
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Los físicos de partículas se han esforzado desde un principio por clasificar las partículas conocidas y por describir toda la materia y sus interacciones. A lo largo de la [[historia de la física]] han existido muchas [[Partícula subatómica|partículas]] que en su momento se han definido como indivisibles, tales como los protones y neutrones, que más adelante se ha demostrado que no lo son. Después de diferentes teorías atómicas y nucleares, en la actualidad se usa el llamado [[modelo estándar]] para describir la materia que constituye el universo y sus interacciones.  
 
  
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De acuerdo al modelo estándar existen seis tipos de quarks, seis tipos de leptones y cuatro tipos de bosones. Estas partículas están divididas en dos grandes categorías por el [[principio de exclusión de Pauli]]: las que no están sujetas a este principio son los bosones y los que sí lo están se las llama [[fermión|fermiones]].<ref>{{cita web|url= http://particleadventure.org/spanish/classifications.html| título= Clasificación de las Partículas|fechaacceso=03/03/2008|autor=Particle Data Group}}</ref>
+
Para comprender la estructura de la materia aparecieron diferentes modelos atómicos, siendo, hacia [[1930]], los electrones, protones y neutrones los constituyentes básicos de la materia. Hacia [[1960]], gracias a [[Murray Gell-Mann]], se predicen constituyentes más elementales para los protones y neutrones, los [[Quarks]], por lo que los elementos básicos constituyentes de la materia se convierten en quarks, [[Electrones]] y [[Neutrinos]].  
  
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=== Bosones ===
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== Partículas elementales  ==
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[[Archivo:Generaciones delamateria.png|thumb|200px|Nombre y carga eléctrica de los componentes de la materia.]]
 
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{{AP|Bosón}}
 
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Los bosones son partículas que no cumplen el [[principio de exclusión de Pauli]], por lo que dos partículas pueden ocupar el mismo [[estado cuántico]]. A temperaturas muy bajas tienden a ocupar el nivel energético más bajo, ocupando todas las partículas el mismo estado cuántico.<ref name="boson">{{cita web|url= http://www.juntadeandalucia.es/averroes/iesarroyo/fisica/particula.htm | título= La física de partículas y las interacciones fundamentales| autor= Departamento de Física y Matemática (Junta de Andalucía)|fechaacceso=03/03/2008}}</ref> En [[1924]], [[Satyendra Nath Bose]] y [[Albert Einstein]] postularon un modelo de estadística, conocida ahora como [[estadística de Bose-Einstein]], para moléculas a temperaturas muy cercanas al [[cero absoluto]]; ésta misma estadística resulta que puede aplicarse también a este tipo de partículas.<ref>{{cita web|url=http://www.fq.profes.net/archivo2.asp?id_contenido=24292| título= Un nuevo estado de la materia:Condensado Bose-Einstein|año=2001|autor=A. Cantorné (profes.net)|fechaacceso=03/03/2008}}</ref> 
 
  
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Según el modelo estándar, los bosones son cuatro:<ref name="tabla">{{cita web|título= Componentes del "Modelo Standard" de las partículas e interacciones fundamentales|url= http://particleadventure.org/spanish/cpep_componentss.html| autor= Particle Data Group|fechaacceso=03/03/2008}}</ref>
+
Los físicos de partículas se han esforzado desde un principio por clasificar las partículas conocidas y por describir toda la materia y sus interacciones. A lo largo de la historia de la física han existido muchas partículas que en su momento se han definido como indivisibles, tales como los protones y neutrones, que más adelante se ha demostrado que no lo son. Después de diferentes teorías atómicas y nucleares, en la actualidad se usa el llamado modelo estándar para describir la materia que constituye el universo y sus interacciones.
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De acuerdo al modelo estándar existen seis tipos de quarks, seis tipos de leptones y cuatro tipos de bosones. Estas partículas están divididas en dos grandes categorías por el principio de exclusión de Pauli: las que no están sujetas a este principio son los bosones y los que sí lo están se las llama [[Fermiones]].
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=== Bosones  ===
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[[Image:Nombreycarga1.png|thumb|200px|Nombre y carga eléctrica de los componentes de la materia.]] Los bosones son partículas que no cumplen el principio de exclusión de Pauli, por lo que dos partículas pueden ocupar el mismo estado cuántico. A temperaturas muy bajas tienden a ocupar el nivel energético más bajo, ocupando todas las partículas el mismo estado cuántico. En [[1924]], [[Satyendra Nath Bose]] y [[Albert Einstein]] postularon un modelo de estadística, conocida ahora como estadística de Bose-Einstein, para moléculas a temperaturas muy cercanas al cero absoluto; ésta misma estadística resulta que puede aplicarse también a este tipo de partículas.  
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Según el modelo estándar, los bosones son cuatro:
 
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{| {{tablabonita}}
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! Partícula
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! Símbolo
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! Partícula  
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! [[Masa]] (en [[GeV]]/[[velocidad de la luz|c]]<sup>2</sup>)
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! Símbolo  
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! [[Carga eléctrica]]
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! [[Masa]] (en [[GeV]]/[[Velocidad de la luz|c]]<sup>2</sup>)  
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! [[Espín]]
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! [[Carga eléctrica]]  
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! [[Espín]]  
 
! [[Interacciones fundamentales|Interacción]]
 
! [[Interacciones fundamentales|Interacción]]
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|----- align="center"  
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|- align="center"
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| [[Fotón]]
+
| [[Fotón]]  
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| <math>\ \gamma</math>
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| gamma
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| 0
+
| 0  
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| 0
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| 0  
−
| 1
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| 1  
 
| [[Interacción electromagnética|electromagnética]]
 
| [[Interacción electromagnética|electromagnética]]
−
|-bgcolor="#EFEFEF" align="center"  
+
|- bgcolor="#efefef" align="center"
−
| [[bosones W y Z|Bosón W]]
+
| [[Bosones W y Z|Bosón W]]  
−
| W<sup>±</sup>
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| W<sup>±</sup>  
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| 80,4
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| 80,4  
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| [[interacción débil|débil]]
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| [[Interacción débil|débil]]
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|----- align="center"  
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|- align="center"
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| [[bosones W y Z|Bosón Z]]
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| [[Bosones W y Z|Bosón Z]]  
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| Z<sup>0</sup>
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| Z<sup>0</sup>  
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| 91,187
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| 0
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| 1
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| 1  
 
| débil
 
| débil
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|-bgcolor="#EFEFEF" align="center"  
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|- bgcolor="#efefef" align="center"
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| [[Gluón]]
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| [[Gluón]]  
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| g
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| g  
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| [[interacción fuerte|fuerte]]
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| [[Interacción fuerte|fuerte]]
 
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Las teorías matemáticas que estudian los fenómenos de estas partículas son en el caso de la interacción fuerte, de los gluones, la [[Cromodinámica cuántica]] y en el caso de la [[Modelo electrodébil|interacción electrodébil]], de fotones y bosones W y Z, la [[Electrodinámica cuántica]].
  
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Las teorías matemáticas que estudian los fenómenos de estas partículas son en el caso de la interacción fuerte, de los gluones, la [[cromodinámica cuántica]] y en el caso de la [[modelo electrodébil|interacción electrodébil]], de fotones y bosones W y Z, la [[electrodinámica cuántica]].
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=== Fermiones  ===
  
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=== Fermiones ===
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Los [[Fermiones]] son partículas con espín, o momento angular intrínseco, fraccionario y que sí están sujetos al principio de exclusión de Pauli, o sea que dos partículas no pueden estar en un mismo estado cuántico al mismo momento. Su distribución está regida por la estadística de [[Fermi-Dirac]], de ahí su nombre.  
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{{AP|Fermión}}
 
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Los fermiones son partículas con espín, o momento angular intrínseco, fraccionario y que sí están sujetos al principio de exclusión de Pauli, o sea que dos partículas no pueden estar en un mismo estado cuántico al mismo momento. Su distribución está regida por la [[estadística de Fermi-Dirac]], de ahí su nombre.<ref>{{cita web|url= http://particleadventure.org/spanish/fermions.html| título= Fermiones|autor= Particle Data Group|fechaacceso=04/03/2008}}</ref>
 
  
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Los fermiones son básicamente partículas de materia, pero a diferencia de los bosones, no todos los fermiones son partículas elementales. El caso más claro es el de los [[protón|protones]] y [[neutrón|neutrones]]; estas partículas son fermiones pero están compuestos de [[quark]]s que, en nuestro nivel actual de conocimientos, si se consideran como elementales.
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Los fermiones son básicamente partículas de materia, pero a diferencia de los bosones, no todos los fermiones son partículas elementales. El caso más claro es el de los protones y neutrones; estas partículas son fermiones pero están compuestos de quarks que, en nuestro nivel actual de conocimientos, si se consideran como elementales.  
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−
Los fermiones se dividen en dos grupos: los quarks y los leptones. Esta diferencia se aplica debido a que los leptones pueden existir aislados, a diferencia de los quarks que se encuentran siempre en presencia de otros quarks.<ref>{{cita web|url= http://particleadventure.org/spanish/lonely_leptonss.html| título = Leptones solitarios|autor= Particle Data Group|fechaacceso=04/03/2008}}</ref> Los grupos de quarks no pueden tener [[carga de color]] debido a que los gluones que los unen poseen carga de color. Las propiedades básicas de éstas partículas se las encuentra aquí:<ref name="tabla" />
 
  
 +
Los fermiones se dividen en dos grupos: los quarks y los leptones. Esta diferencia se aplica debido a que los leptones pueden existir aislados, a diferencia de los quarks que se encuentran siempre en presencia de otros quarks. Los grupos de quarks no pueden tener carga de color debido a que los gluones que los unen poseen carga de color. Las propiedades básicas de estas partículas se las encuentra aquí:
 
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{| {{tablabonita}}
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! Tipo de fermión
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|-
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! Nombre
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! Tipo de fermión  
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! Símbolo
+
! Nombre  
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! [[carga eléctrica|Carga<br />electromagnética]]
+
! Símbolo  
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! [[Sabor (física)|Carga débil]]*
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! [[Carga eléctrica|Carga<br>electromagnética]]  
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! [[carga de color|Carga de<br />color]]
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! [[Sabor (física)|Carga débil]]*  
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! [[Carga de color|Carga de<br>color]]  
 
! [[Masa]]
 
! [[Masa]]
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|----- align="center"  
+
|- align="center"
 
| rowspan="7" | [[Leptón]]
 
| rowspan="7" | [[Leptón]]
−
|----- bgcolor="#EFEFEF" align="center"  
+
|- bgcolor="#efefef" align="center"
−
|[[Electrón]] || e<sup>-</sup> || -1 || -1/2 || 0
+
| [[Electrón]]  
−
| 0,511 [[MeV]]/[[c]]²  
+
| e<sup>-</sup>  
−
|----- align="center"  
+
| -1  
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| [[Muón]]
+
| -1/2  
−
| <font face="Symbol"><math>\mu</math></font><sup>-</sup>
+
| 0  
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| -1 || -1/2 || 0 || 105,6 [[MeV]]/[[c]]²  
+
| 0,511 [[MeV]]/[[C]]²
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|----- bgcolor="#EFEFEF" align="center"  
+
|- align="center"
−
| [[Tauón]]
+
| [[Muón]]  
−
| <font face="Symbol"><math>\tau</math></font><sup>-</sup>
+
| <font face="Symbol">mu</font><sup>-</sup>  
−
| -1 || -1/2 || 0 || 1,784 [[GeV]]/[[c]]²  
+
| -1  
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|----- align="center"  
+
| -1/2  
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| [[Neutrino electrónico]]
+
| 0  
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| <font face="Symbol"><math>\nu</math></font><sub>e</sub>
+
| 105,6 [[MeV]]/[[C]]²
−
| 0 || +1/2 || 0 || < 50 [[eV]]/[[c]]²  
+
|- bgcolor="#efefef" align="center"
−
|----- bgcolor="#EFEFEF" align="center"  
+
| [[Tauón]]  
−
| [[Neutrino muónico]]
+
| <font face="Symbol">tau</font><sup>-</sup>  
−
| <font face="Symbol"><math>\nu</math></font><sub><font face="Symbol"><math>\mu</math></font></sub>
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| -1/2  
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|----- align="center"  
+
| 0  
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| [[Neutrino tauónico]]
+
| 1,784 [[GeV]]/[[C]]²
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| <font face="Symbol"><math>\nu</math></font><sub><font face="Symbol"><math>\tau</math></font></sub>
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|- align="center"
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| 0 || +1/2 || 0 || < 70 [[MeV]]/[[c]]²  
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| [[Neutrino electrónico]]  
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|----- align="center"  
+
| <font face="Symbol">nu</font><sub>e</sub>  
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| rowspan="7" | [[Quark]]<br />
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| 0  
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|----- bgcolor="#EFEFEF" align="center"  
+
| +1/2  
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| [[quark up|up]] || u || +2/3 || +1/2 || R/G/B || ~5 [[MeV]]/[[c]]²  
+
| 0  
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|----- align="center"  
+
| &lt; 50 [[EV]]/[[C]]²
−
| [[quark charm|charm]] || c || +2/3 || +1/2 || R/G/B
+
|- bgcolor="#efefef" align="center"
−
| ~1.5 GeV/[[c]]²  
+
| [[Neutrino muónico]]  
−
|----- bgcolor="#EFEFEF" align="center"  
+
| <font face="Symbol">nu</font><sub><font face="Symbol">mu</font></sub>  
−
| [[quark top|top]] || t || +2/3 || +1/2 || R/G/B || >30 [[GeV]]/[[c]]²  
+
| 0  
−
|----- align="center"  
+
| +1/2  
−
| [[quark down|down]] || d || -1/3 || -1/2 || R/G/B || ~10 [[MeV]]/[[c]]²  
+
| 0  
−
|----- bgcolor="#EFEFEF" align="center"  
+
| &lt; 0,5 [[MeV]]/[[C]]²
−
| [[quark strange|strange]] || s || -1/3 || -1/2 || R/G/B
+
|- align="center"
−
| ~100 [[MeV]]/[[c]]²  
+
| [[Neutrino tauónico]]  
−
|----- align="center"  
+
| <font face="Symbol">nu</font><sub><font face="Symbol">tau</font></sub>  
−
| [[quark bottom|bottom]] || b || -1/3 || -1/2 || R/G/B
+
| 0  
−
| ~4,7 [[GeV]]/[[c]]²  
+
| +1/2  
−
|}</center>
+
| 0  
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* Las partículas de la tabla solo tienen carga débil si son levógiras o, para las antipartículas, si son dextrógiras.
+
| &lt; 70 [[MeV]]/[[C]]²
 +
|- align="center"
 +
| rowspan="7" | [[Quark]]<br>
 +
|- bgcolor="#efefef" align="center"
 +
| [[Quark up|up]]  
 +
| u  
 +
| +2/3  
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| +1/2  
 +
| R/G/B  
 +
| ~5 [[MeV]]/[[C]]²
 +
|- align="center"
 +
| [[Quark charm|charm]]  
 +
| c  
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| +2/3  
 +
| +1/2  
 +
| R/G/B  
 +
| ~1.5 GeV/[[C]]²
 +
|- bgcolor="#efefef" align="center"
 +
| [[Quark top|top]]  
 +
| t  
 +
| +2/3  
 +
| +1/2  
 +
| R/G/B  
 +
| &gt;30 [[GeV]]/[[C]]²
 +
|- align="center"
 +
| [[Quark down|down]]  
 +
| d  
 +
| -1/3  
 +
| -1/2  
 +
| R/G/B  
 +
| ~10 [[MeV]]/[[C]]²
 +
|- bgcolor="#efefef" align="center"
 +
| [[Quark strange|strange]]  
 +
| s  
 +
| -1/3  
 +
| -1/2  
 +
| R/G/B  
 +
| ~100 [[MeV]]/[[C]]²
 +
|- align="center"
 +
| [[Quark bottom|bottom]]  
 +
| b  
 +
| -1/3  
 +
| -1/2  
 +
| R/G/B  
 +
| ~4,7 [[GeV]]/[[C]]²
 +
|}
 +
</center>  
 +
Las partículas de la tabla solo tienen carga débil si son levógiras o, para las antipartículas, si son dextrógiras.  
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 +
Las partículas se agrupan en [[Generación (física de partículas)|generaciones]]. Existen tres generaciones: la primera está compuesta por el electrón, su neutrino y los quarks up y down. La materia ordinaria está compuesta por partículas de esta primera generación. Las partículas de otras generaciones se desintegran en partículas de las generaciones inferiores.
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 +
== Partículas compuestas  ==
 +
 
 +
Los físicos de partículas denominan como hadrones a las partículas que se componen de otras más elementales. Los hadrones están compuestos de quarks, de antiquarks y de gluones. La carga eléctrica de los hadrones es un número entero por lo que la suma de la carga de los quarks que los componen debe ser un entero.
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La interacción fuerte es la que predomina en los [[Hadrones]], aunque también se manifiesta la interacción electromagnética y la débil Las partículas con carga de color interactúan mediante gluones; los quarks y los gluones al tener carga de color están confinados a permanecer unidos en una partícula con carga de color neutra.
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La formulación teórica de éstas partículas la realizaron simultánea e independientemente [[Murray Gell-Mann]] y [[George Zweig]] en [[1964]] en el llamado modelo de quarks. Este modelo ha recibido numerosas confirmaciones experimentales desde entonces.
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 +
Los hadrones se subdividen en dos clases de partículas, los bariones y los mesones.
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 +
=== Bariones  ===
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Los bariones son partículas que contienen tres quarks, algunos gluones y algunos antiquarks. Los bariones más conocidos son los nucleones, es decir los protones y neutrones, además de otras partículas más masivas conocidas como hiperones.
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Dentro de los bariones existe una intensa interacción entre los quarks a través de los gluones, que transporta la interacción fuerte.
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Como los [[Gluones]] tienen carga de color, en los bariones las partículas que lo contienen cambian rápidamente de carga de color, pero el conjunto del barión permanece con carga de color neutra.
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Los bariones son también fermiones por lo que el valor de su espín es 1/2, 3/2.... Como todas las partículas, los bariones tienen su partícula de antimateria llamada antibarión que se forman con la unión de tres antiquarks. Sin contar con los nucleones, la mayoría de bariones son inestables.
 +
 
 +
=== Mesones  ===
 +
 
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Los mesones son partículas conformadas por un quark, un antiquark y la partícula que las une, el gluón. Todos los mesones son inestables; pese a ello pueden encontrarse aislados debido a que las cargas de color del quark y del antiquark son opuestas, obteniendo un mesón con carga de color neutra.
 +
 
 +
Los mesones son además [[Bosones]] ya que la suma de los espines, de sus quark-antiquark más la contribución del movimiento de estas partículas, es un número entero. Se conoce también que el mesón posee interacciones fuertes, débiles y electromagnéticas.
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 +
En este grupo se incluye el pión, el kaón, la J/ψ, y muchas otras. Puede que existan también mesones exóticos aunque no existe evidencia experimental de ellos.
 +
 
 +
== Partículas hipotéticas  ==
 +
 
 +
Entre las principales partículas conjeturadas teóricamente y que aun no han sido confirmadas por ningún experimento hasta el [[2008]], se encuentran:
 +
 
 +
El bosón de [[Higos]] es la única partícula del modelo estándar no observado. En la formulación del modelo electrodébil, la partícula que podría explicar la diferencia de masas de los bosones W y Z y el fotón; se postula que para poder romper espontáneamente la simetría de un campo de [[Yang-Mills]] se necesita una partícula, ahora conocida como [[Bosón de Higos]].
 +
 
 +
Esta partícula en un campo de Higgs daría las respuestas a esta interrogante. Los científicos esperan descubrir al bosón de Higgs en el Gran Colisionador de Hadrones (LHC en inglés), un acelerador de partículas que se espera entre en funcionamiento para el otoño de [[2009]], en el CERN.
 +
 
 +
El gravitón es el hipotético bosón para la interacción gravitatoria que ha sido propuesto en las teorías de la gravedad cuántica. No suele formar parte del modelo estándar debido a que no se ha encontrado experimentalmente. Se teoriza que interaccionaria con [[Leptones]] y quarks y que no tendría masa.
 +
 
 +
=== Supersimetría  ===
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 +
La teoría de supersimetría plantea la existencia de partículas supercompañeras de las actuales partículas existentes, así entre las más destacadas tenemos:
  
−
Las partículas se agrupan en [[generación (física de partículas)|generaciones]]. Existen tres generaciones:
+
El [[Neutralino]] es la mejor candidata, en el modelo estándar, para partícula de materia oscura. En la teoría de supersimetría, el neutralino es una partícula neutra, estable y super ligera, que no tiene una pareja simétrica en las partículas ordinarias.  
−
·la primera está compuesta por el electrón, su neutrino y los quarks up y down.
 
−
·La materia ordinaria está compuesta por partículas de esta primera generación.  
 
−
·Las partículas de otras generaciones se desintegran en partículas de las generaciones inferiores.
 
  
−
== Partículas compuestas ==
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Los sleptones y los squarks son los compañeros supersimétricos de los fermiones del modelo estándar. El [[Fotito]], el [[Wino]], el [zino]], el [[Gravitino]] y el [[Gluino]] son los partículas supercompañeras de los bosones.  
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{{AP|Partícula compuesta|AP2=Hadrón}}
 
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Los físicos de partículas denominan como [[hadrón|hadrones]] a las partículas que se componen de otras más [[partículas elementales|elementales]]. Los hadrones están compuestos de quarks, de [[antiquark]]s y de gluones. La carga eléctrica de los hadrones es un número entero por lo que la suma de la carga de los quarks que los componen debe ser un entero.<ref>{{cita web|url= http://particleadventure.org/spanish/hadronss.html| título= Hadrones:sociedades de quarks|autor=Particle Data Group|fechaacceso=05/03/2008}}</ref>
 
  
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La interacción fuerte es la que predomina en los hadrones, aunque también se manifiesta la interacción electromagnética y la débil.<ref>{{cita web|url=http://perso.wanadoo.es/chyryes/glosario/hadron.htm| título= Hadron| autor= Carlos Díaz| fechaacceso=05/03/2008}}</ref> Las partículas con [[carga de color]] interactúan mediante gluones; los quarks y los gluones al tener carga de color están [[confinamiento del color|confinados]] a permanecer unidos en una partícula con carga de color neutra.<ref>{{cita web|url= http://particleadventure.org/spanish/colors.html| título= Carga de color y confinamiento|autor=Particle Data Group|fechaacceso=05/03/2008}}</ref> La formulación teórica de éstas partículas la realizaron simultánea e independientemente [[Murray Gell-Mann]] y [[George Zweig]] en 1964 en el llamado [[modelo de quarks]]. Este modelo ha recibido numerosas confirmaciones experimentales desde entonces.
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=== Otras  ===
  
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Los hadrones se subdividen en dos clases de partículas, los bariones y los mesones.
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Un [[WIMP]] (del inglés: partícula masiva que interactúa débilmente) es una de muchas partículas propuestas para explicar la materia oscura (como el neutralino o el axión). El [[Pomerón]], usado en la teoría Regge para explicar el fenómeno de la dispersión elástica de los hadrones y la posición de los polos de [[Regge]]. El [[Skirmión]], un [[Solitón topológico]] para el campo del pión que se usa para modelar las propiedades a baja energía del nucleón.  
  
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=== Bariones ===
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E [[Bosón de goldstone]] es una excitación sin masa de un campo cuya simetría ha sido rota espontáneamente. Los [[Piones]] son casi bosones de goldstone por la ruptura de la simetría del isospín de la quiralidad en la cromodinámica cuántica (no lo es porque tiene masa). El [[Goldstino]] (fermión) se produce entonces por la ruptura espontánea de la supersimetría por el bosón de goldstone. El instantón es una configuración de campo que es un mínimo local de una acción euclídea. Se usan en cálculos no perturbativos del efecto túnel.  
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{{AP|Barión}}
 
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[[Archivo:Proton.svg|thumb|Estructura de un protón.]]
 
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Los bariones son partículas que contienen tres quarks, algunos gluones y algunos antiquarks. Los bariones más conocidos son los [[nucleón|nucleones]], es decir los [[protón|protones]] y [[neutrón|neutrones]], además de otras partículas más masivas conocidas como [[hiperón|hiperones]].<ref name="bario">{{cita web|url=http://www.solociencia.com/fisica/particulas-elementales-particulas-elementales.htm| título= Teoría de las partículas elementales| fechaacceso=06/03/2008|año=2007|autor= Solo Ciencia}}</ref> Dentro de los bariones existe una intensa interacción entre los quarks a través de los gluones, que transporta la interacción fuerte. Como los gluones tienen carga de color, en los bariones las partículas que lo contienen cambian rápidamente de carga de color, pero el conjunto del barión permanece con carga de color neutra.<ref name="barion">{{cita web|url= http://particleadventure.org/spanish/baryonss.html| autor= Particle Data Group|fechaacceso= 06/03/2008|título=Bariones}}</ref>
 
  
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Los bariones son también fermiones por lo que el valor de su espín es 1/2, 3/2,... . Como todas las partículas, los bariones tienen su partícula de [[antimateria]] llamada antibarión que se forman con la unión de tres antiquarks.<ref name="barion" /> Sin contar con los nucleones, la mayoría de bariones son inestables.<ref name="bario" />
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=== Mesones ===
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=== Clasificación por velocidad ===
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{{AP|Mesón}}
 
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Los mesones son partículas conformadas por un quark, un antiquark y la partícula que las une, el gluón. Todos los mesones son inestables; pese a ello pueden encontrarse aislados debido a que las cargas de color del quark y del antiquark son opuestas, obteniendo un mesón con carga de color neutra. Los mesones son además bosones ya que la suma de los [[espín|espines]], de sus quark-antiquark más la contribución del movimiento de estas partículas, es un número entero.<ref>{{cita web|url= http://particleadventure.org/spanish/mesonss.html| título= Mesón|autor= Particle Data Group| fechaacceso= 06/03/2008}}</ref> Se conoce también que el mesón posee interacciones fuertes, débiles y electromagnéticas.<ref name="bario" />
 
  
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En este grupo se incluye el [[pión]], el [[kaón]], la [[J/ψ]], y muchas otras. Puede que existan también [[mesón exótico|mesones exóticos]] aunque no existe evidencia experimental de ellos.
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De acuerdo con su masa y rango de velocidad alcanzable las partículas hipotéticas (y las reales) pueden clasificarse en:
  
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== Partículas hipotéticas ==
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Un [[Tardión]] viaja más lento que la luz y tiene una masa en reposo no nula. Todas las partículas con masa pertenecen a esta categoría. Un [[Luzón]] viaja exactamente a la velocidad de la luz, y no tiene masa. Todas las partículas bosónicas sin masa pertenecen a esta categoría, usualmente se acepta que los neutrinos también pertenecen a esta categoría. Un taquión es una partícula hipotética que viaja más rápido que la luz, y cuya masa debe de ser imaginaria. No se han detectado ejemplos de este tipo de partícula.  
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{{AP|Partícula hipotética}}
 
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Entre las principales partículas conjeturadas teóricamente y que aun no han sido confirmadas por ningún experimento hasta el [[2008]], se encuentran:
 
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* El [[bosón de Higgs]] es la única partícula del [[modelo estándar]] no observada.<ref>{{cita web|url= http://www.sciam.com/physics/article/id/what-exactly-is-the-higgs| título= What exactly is the Higgs boson?| año= 1999|autor= Scientific American|idioma= inglés|fechaacceso=06/03/2008}}</ref> En la formulación del [[modelo electrodébil]], la partícula que podría explicar la diferencia de masas de los bosones W y Z y el fotón; se postula que para poder [[ruptura espontánea de simetría|romper espontáneamente la simetría]] de un [[campo de Yang-Mills]] se necesita una partícula, ahora conocida como bosón de Higgs. Esta partícula en un [[campo de Higgs]] daría las respuestas a esta interrogante.<ref>{{cita web|url= http://www.astrocosmo.cl/h-foton/h-foton-12_02-02.htm| título= Unificación eletrodébil|año=2002|fechaacceso=07/03/2008}}</ref> Los científicos esperan descubrir al bosón de Higgs en el [[LHC|Gran Colisionador de Hadrones]] (LHC en inglés), un [[acelerador de partículas]] que se espera entre en funcionamiento para el otoño de 2009, en el [[CERN]].<ref>{{cita web|url=http://press.web.cern.ch/press/PressReleases/Releases2008/PR02.08E.html| título= ATLAS completes world’s largest jigsaw puzzle|idioma=inglés| autor= CERN|año=2008|fechaacceso=07/02/2009}}</ref>
 
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* El [[gravitón]] es el hipotético bosón para la interacción gravitatoria que ha sido propuesto en las teorías de la [[gravedad cuántica]]. No suele formar parte del [[modelo estándar]] debido a que no se ha encontrado experimentalmente. Se teoriza que interaccionaria con leptones y quarks y que no tendría masa.<ref>{{cita web|url=http://scienceworld.wolfram.com/physics/Graviton.html|título=Graviton|fechaacceso=13/03/2008|idioma=inglés|autor=Eric W. Weisstein|año=2007}}</ref>
 
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<!-- PARA ESTAS PARTICULAS NO ENCONTRE REFERENCIAS EXACTAS SI LAS TIENES PUEDES AGREGARLAS -->
 
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<!-- * El [[axión]] (con spin 0) es propuesto por la [[teoría de Peccei-Quinn]] para resolver el problema de la [[ruptura de simetría CP fuerte]].
 
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* El [[bosón X]] y el bosón [[bosón Y]] son predichos por la [[teoría de la gran unificación]], como compañeros más pesados de los [[bosones W y Z]].
 
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* El [[graviescalar]] (con spin 0), y el [[gravifotón]] (con spin 1).
 
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* El [[fotón magnético]].
 
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* Los [[neutrino estéril|neutrinos estériles]] son introducidos a menudo en extensiones del Modelo estándar. Pueden ser necesitados para explicar los resultados que el [[LSND]] da.
 
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* Los [[monopolo magnético|monopolos magnéticos]] son un nombre que reciben partículas con carga magnética no nula. Son predichos por muchas teorías de la gran unificación.
 
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{{VT|axión|graviescalar|gravifotón|neutrino estéril|bosón X|bosón Y}}
 
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=== Supersimetría ===
 
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La teoría de [[supersimetría]] plantea la existencia de partículas supercompañeras de las actuales partículas existentes,<ref name="simetría">{{cita web|url= http://www.mensa.es/amf/03marzoModeloestandarFisicaparticulas.pdf| título=Modelo estándar de la Física de Partículas|autor= Santiago Cárdenas Martín|fechaacceso=08/03/2008}}</ref> así entre las más destacadas tenemos:
 
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* El [[neutralino]] es la mejor candidata, en el modelo estándar, para partícula de [[materia oscura]]. En la teoría de [[supersimetría]], el neutralino es una partícula neutra, estable y super ligera,<ref>{{cita web|url= http://www.daviddarling.info/encyclopedia/N/neutralino.html|título= neutralino| autor= David Darling|idioma=inglés|fechaacceso=08/03/2008}}</ref> que no tiene una pareja simétrica en las partículas ordinarias.<ref>{{cita web|url= http://www.newscientist.com/article/mg14619782.600-flashes-from-the-beginning-of-the-universe.html|título=Flashes from the beginning of the Universe|año=1995|autor=New Scientist|idioma=inglés|fechaacceso=08/03/2008}}</ref>
 
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* Los [[sleptón|sleptones]] y los [[squarks]] son los compañeros supersimétricos de los fermiones del [[modelo estándar]].<ref name="simetría" />
 
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* El [[fotino]], el [[wino]], el [[zino]], el [[gravitino]] y el [[gluino]] son los partículas [[compañeros supersimétricos|supercompañeras]] de los bosones.<ref name="simetría" />
 
  
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=== Otras ===
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== Cuasipartículas  ==
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* Un [[WIMP]] (del inglés: partícula masiva que interactúa débilmente) es una de muchas partículas propuestas para explicar la [[materia oscura]] (como el [[neutralino]] o el [[axión]]).
 
−
* El [[pomerón]], usado en la [[teoría Regge]] para explicar el fenómeno de la [[dispersión elástica]] de los hadrones y la posición de los [[polo de Regge|polos de Regge]].
 
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* El [[skirmión]], un [[solitón topológico]] para el campo del [[pión]] que se usa para modelar las propiedades a baja energía del [[nucleón]].
 
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* El [[bosón de goldstone]] es una excitación sin masa de un campo cuya [[ruptura espontánea de la simetría|simetría ha sido rota espontáneamente]]. Los [[pión|piones]] son casi bosones de goldstone por la ruptura de la simetría del [[isospín]] de la [[quiralidad]] en la [[cromodinámica cuántica]] (no lo es porque tiene masa).
 
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* El [[goldstino]] ([[fermión]]) se produce entonces por la ruptura espontánea de la [[supersimetría]] por el bosón de goldstone.
 
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* El [[instantón]] es una configuración de campo que es un mínimo local de una acción euclídea. Se usan en cálculos no perturbativos del efecto túnel.
 
  
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=== Clasificación por velocidad ===
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Las ecuaciones de campo de la física de la materia condensada son muy similares a las de la física de partículas. Por eso, mucha de la teoría de la física de partículas se puede aplicar a la física de la materia condensada, asignando a cada campo o excitación de la misma un modelo que incluye "[[Cuasipartículas]]". Se incluyen:
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De acuerdo con su masa y rango de velocidad alcanzable las partículas hipotéticas (y las reales) pueden clasificarse en:
 
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* Un [[tardión]] viaja más lento que la luz y tiene una masa en reposo no nula. Todas las partículas con masa pertenecen a esta categoría.
 
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* Un [[luxón]] viaja exactamente a la velocidad de la luz, y no tiene masa. Todas las partículas bosónicas sin masa pertenecen a esta categoría, usualmente se acepta que los neutrinos también pertenecen a esta categoría.
 
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* Un [[taquión]] es una partícula hipotética que viaja más rápido que la luz, y cuya masa debe de ser [[número complejo|imaginaria]]. No se han detectado ejemplos de este tipo de partícula.
 
  
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== Cuasipartículas ==
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Los [[Fonones]], modos vibratorios en una estructura cristalina. Los excitones, que son la superposición de un electrón y un hueco. Los [[Plasmones]], conjunto de excitaciones coherentes de un plasma. Los [[Polaritones]] son la mezcla de un fotón y otra de las cuasipartículas de ésta lista. Los polarones, que son cuasipartículas cargadas en movimiento que están rodeadas de iones en un material. Los magnones son excitaciones coherentes de los espines de los electrones en un material.  
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{{AP|Cuasipartícula}}
 
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Las ecuaciones de campo de la [[física de la materia condensada]] son muy similares a las de la [[física de partículas]]. Por eso, mucha de la teoría de la física de partículas se puede aplicar a la física de la materia condensada, asignando a cada campo o excitación de la misma un modelo que incluye "cuasipartículas". Se incluyen:
 
  
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* Los [[fonón|fonones]], modos vibratorios en una [[estructura cristalina]].
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== Principales centros de investigación ==
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* Los [[excitón|excitones]], que son la superposición de un [[electrón]] y un [[hueco (física)|hueco]].
 
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* Los [[plasmón|plasmones]], conjunto de excitaciones coherentes de un [[plasma (física)|plasma]].
 
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* Los [[polaritón|polaritones]] son la mezcla de un [[fotón]] y otra de las cuasipartículas de ésta lista.
 
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* Los [[polarón|polarones]], que son cuasipartículas cargadas en movimiento que están rodeadas de iones en un material.
 
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* Los [[magnón|magnones]] son excitaciones coherentes de los espines de los electrones en un material.
 
  
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== Principales centros de investigación ==
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En la física de partículas, los principales laboratorios internacionales son:  
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En la física de partículas, los principales laboratorios interacionales son:
 
  
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* [[CERN]], localizado entre la frontera [[Francia|Franco]]-[[Suiza]] cerca de la ciudad suiza de [[Ginebra]]. Su principal proyecto actual es el [[Large Hadron Collider]] o LHC, terminada su construccion y en funcionamiento. Éste será el más grande colisionador de partículas del mundo. En el CERN también podemos encontrar al [[LEP]], colisionador electrón positrón, y al [[Superproton sincrotrón]].
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[[CERN]], localizado entre la frontera Franco-Suiza cerca de la ciudad suiza de [[Ginebra]]. Su principal proyecto actual es el [[Large Hadron Collider]] o LHC, terminada su construccion y en funcionamiento. Éste será el más grande colisionador de partículas del mundo. En el CERN también podemos encontrar al LEP, colisionador electrón positrón, y al [[Superproton sincrotrón]].  
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[[Archivo:LHC quadrupole magnets.jpg|thumb]]
 
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*[[Fermilab]], localizado cerca de [[Chicago]] en [[Estados Unidos]], cuenta con el [[Tevatrón]] que puede colisionar protones y antiprotones y es el segundo acelerador de partículas más energético del mundo después del LHC.  
 
  
−
*[[Laboratorio Nacional Brookhaven]], localizado en Long Island (Estados Unidos), cuenta con un acelerador relativista de iones pesados que puede colisionar iones pesados como el [[oro]] y protones polarizados. Fue el primer acelerador de iones pesados y es el único que puede acelerar protones polarizados.
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[[Fermilab]], localizado cerca de [[Chicago]] en [[Estados Unidos]], cuenta con el [[Tevatrón]] que puede colisionar protones y antiprotones y es el segundo acelerador de partículas más energético del mundo después del LHC.  
  
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*[[DESY]], localizado en [[Hamburgo]] (Alemania), cuenta con el [[HERA]] que puede acelerar electrones, positrones y protones.
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[[Laboratorio Nacional Brookhaven]], localizado en [[Long Island]] (Estados Unidos), cuenta con un acelerador relativista de iones pesados que puede colisionar iones pesados como el oro y protones polarizados. Fue el primer acelerador de iones pesados y es el único que puede acelerar protones polarizados.  
  
−
*[[KEK]], localizado en Tsukuba (Japón), es la organización japonesa de investigación de altas energías. Aquí se han producido muchos experimentos interesantes como el [[experimento de oscilación del neutrino]] y el experimento para medir la violación de [[simetría CP]] en el mesón B.
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[[DESY]], localizado en [[Hamburgo]] ([[Alemania]]), cuenta con el HERA que puede acelerar electrones, positrones y protones.  
  
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*[[SLAC]], localizado en Palo Alto (Estados Unidos), cuenta con el [[PEP-II]] que puede colisionar electrones y positrones.
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[[KEK]], localizado en [[Tsukuba]] ([[Japón]]), es la organización japonesa de investigación de altas energías. Aquí se han producido muchos experimentos interesantes como el experimento de oscilación del neutrino y el experimento para medir la violación de [[Simetría CP]] en el mesón B.  
  
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Éstos son los principales laboratorios pero existen muchos más.
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[[SLAC]], localizado en [[Palo Alto]] ([[Estados Unidos]]), cuenta con el [[PEP-II]] que puede colisionar electrones y positrones.  
  
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== Véase también ==
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Éstos son los principales laboratorios pero existen muchos más.
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* [[Anexo:Tabla de partículas]]
 
−
* [[Mecánica cuántica]]
 
−
* [[Teoría del todo]]
 
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* [[Teoría de cuerdas]]
 
−
* [[Modelo estándar de física de partículas]]
 
−
* [[Física de Astropartículas]]
 
  
−
== Notas y referencias ==
+
== Véase también  ==
−
{{Listaref|2}}
 
  
−
== Enlaces externos ==
+
*[[Anexo:Tabla de partículas]]  
−
{{commons|Particle physics}}
+
*[[Mecánica cuántica]]  
−
*[http://www.energia.4d2.net/ Energía nuclear: el poder del átomo]
+
*[[Teoría del todo]]  
−
*[http://teleformacion.edu.aytolacoruna.es/FISICA/document/teoria/particle/spanish/adventure_homes.html La aventura de las partículas]
+
*[[Teoría de cuerdas]]  
−
*[http://pdg.lbl.gov/ Particle Data Group] (inglés)
+
*[[Modelo estándar de física de partículas]]  
−
*[http://www.cern.ch CERN] (inglés)
+
*[[Física de Astropartículas]]
−
*[http://www.fnal.gov/ Fermilab] (inglés)
 
−
*[http://www.bnl.gov/world/ Brookhaven National Laboratory] (inglés)
 
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*[http://www.desy.de/html/home/index.html DESY] (inglés)
 
−
*[http://www.kek.jp/intra-e/ KEK] (inglés)
 
−
*[http://www.slac.stanford.edu/ SLAC] (inglés)
 
  
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{{ORDENAR:Fisica de particulas}}
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== Fuente  ==
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{{destacado|sl}}
 
  
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[[Categoría:Física]]
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*[http://www.energia.4d2.net/ Energía nuclear: el poder del átomo]
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[[Categoría:Física de partículas| ]]
+
*[http://teleformacion.edu.aytolacoruna.es/FISICA/document/teoria/particle/spanish/adventure_homes.html La aventura de las partículas]
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*[http://pdg.lbl.gov/ Particle Data Group]
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*[http://www.cern.ch CERN]  
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*[http://www.fnal.gov/ Fermilab]  
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*[http://www.bnl.gov/world/ Brookhaven National Laboratory]
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*[http://www.desy.de/html/home/index.html DESY]
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*[http://www.kek.jp/intra-e/ KEK]  
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*[http://www.slac.stanford.edu/ SLAC]
  
−
[[ar:فيزياء الجسيمات]]
+
[[Category:Física]]
−
[[bg:Физика на елементарните частици]]
 
−
[[bn:কণা পদার্থবিজ্ঞান]]
 
−
[[bs:Fizika elementarnih čestica]]
 
−
[[ca:Física de partícules]]
 
−
[[cs:Fyzika částic]]
 
−
[[cv:Элементарлă пĕрчĕсен физики]]
 
−
[[cy:Ffiseg gronynnau]]
 
−
[[da:Partikelfysik]]
 
−
[[de:Teilchenphysik]]
 
−
[[el:Σωματιδιακή φυσική]]
 
−
[[en:Particle physics]]
 
−
[[eo:Partikla fiziko]]
 
−
[[et:Elementaarosakeste füüsika]]
 
−
[[eu:Partikulen fisika]]
 
−
[[fa:فیزیک ذرات]]
 
−
[[fi:Hiukkasfysiikka]]
 
−
[[fiu-vro:Pudinidõ füüsiga]]
 
−
[[fr:Physique des particules]]
 
−
[[gl:Física de partículas]]
 
−
[[he:פיזיקת חלקיקים]]
 
−
[[hr:Fizika elementarnih čestica]]
 
−
[[hu:Részecskefizika]]
 
−
[[ia:Physica de particulas]]
 
−
[[id:Fisika partikel]]
 
−
[[is:Öreindafræði]]
 
−
[[it:Fisica delle particelle]]
 
−
[[ja:素粒子物理学]]
 
−
[[ka:ელემენტარული ნაწილაკების ფიზიკა]]
 
−
[[kn:ಕಣ ಭೌತಶಾಸ್ತ್ರ]]
 
−
[[ko:입자물리학]]
 
−
[[ku:Fîzîka keriyan]]
 
−
[[la:Physica particularum elementariarum]]
 
−
[[lt:Dalelių fizika]]
 
−
[[ml:കണികാഭൗതികം]]
 
−
[[ms:Fizik zarah]]
 
−
[[nl:Deeltjesfysica]]
 
−
[[no:Partikkelfysikk]]
 
−
[[pl:Fizyka cząstek elementarnych]]
 
−
[[pt:Física de partículas]]
 
−
[[ro:Fizica particulelor elementare]]
 
−
[[ru:Физика элементарных частиц]]
 
−
[[simple:Particle physics]]
 
−
[[sk:Fyzika častíc]]
 
−
[[sl:Fizika osnovnih delcev]]
 
−
[[su:Fisika partikel]]
 
−
[[sv:Partikelfysik]]
 
−
[[th:ฟิสิกส์พลังงานสูง]]
 
−
[[tr:Parçacık fiziği]]
 
−
[[uk:Фізика елементарних частинок]]
 
−
[[ur:ذراتی طبیعیات]]
 
−
[[vi:Vật lý hạt]]
 
−
[[zh:粒子物理學]]
 

última versión al 09:58 9 jun 2016

La Física de las partículas
Información sobre la plantilla
Fisicadeparticulas1.jpg
Estudia los componentes elementales de la materia y las interacciones entre ellos.

Física de partículas. Rama de la física que estudia los componentes elementales de la materia y las interacciones entre ellos.

Las partículas fundamentales se subdividen en Bosones (partículas de espín entero como por ejemplo 0, 1, 2...), que son las responsables de transmitir las fuerzas fundamentales de la naturaleza, y Fermiones (partículas de espín Semientero como por ejemplo 1/2 ó 3/2).

Se conoce a esta rama también como física de altas energías debido a que muchas de las partículas se las puede ver solo en grandes colisiones provocadas en los aceleradores de partículas.

Historia

El hombre desde la antigüedad ha imaginado que el Universo en el que habita está compuesto de varios elementos; por ejemplo, Empédocles en el Siglo V antes de nuestra era postuló que todo lo existente se podría obtener de la mezcla de agua, tierra, fuego y aire. Podríamos mencionar a Demócrito como el primero en indicar la existencia de átomos, como una especie de elementos indivisibles.

Los avances científicos de principios del Siglo XX por parte de Max Planck, Albert Einstein, Niels Bohr y otros dieron lugar al nacimiento de la mecánica cuántica. El efecto fotoeléctrico mostraba la naturaleza cuántica de la luz para explicar su interacción con la materia, denominándose fotón al "cuanto" de luz. Actualmente se conocen otras tres partículas que interactúan con la materia, llamadas Bosones.

Para comprender la estructura de la materia aparecieron diferentes modelos atómicos, siendo, hacia 1930, los electrones, protones y neutrones los constituyentes básicos de la materia. Hacia 1960, gracias a Murray Gell-Mann, se predicen constituyentes más elementales para los protones y neutrones, los Quarks, por lo que los elementos básicos constituyentes de la materia se convierten en quarks, Electrones y Neutrinos.

Partículas elementales

Los físicos de partículas se han esforzado desde un principio por clasificar las partículas conocidas y por describir toda la materia y sus interacciones. A lo largo de la historia de la física han existido muchas partículas que en su momento se han definido como indivisibles, tales como los protones y neutrones, que más adelante se ha demostrado que no lo son. Después de diferentes teorías atómicas y nucleares, en la actualidad se usa el llamado modelo estándar para describir la materia que constituye el universo y sus interacciones.

De acuerdo al modelo estándar existen seis tipos de quarks, seis tipos de leptones y cuatro tipos de bosones. Estas partículas están divididas en dos grandes categorías por el principio de exclusión de Pauli: las que no están sujetas a este principio son los bosones y los que sí lo están se las llama Fermiones.

Bosones

Nombre y carga eléctrica de los componentes de la materia.

Los bosones son partículas que no cumplen el principio de exclusión de Pauli, por lo que dos partículas pueden ocupar el mismo estado cuántico. A temperaturas muy bajas tienden a ocupar el nivel energético más bajo, ocupando todas las partículas el mismo estado cuántico. En 1924, Satyendra Nath Bose y Albert Einstein postularon un modelo de estadística, conocida ahora como estadística de Bose-Einstein, para moléculas a temperaturas muy cercanas al cero absoluto; ésta misma estadística resulta que puede aplicarse también a este tipo de partículas.

Según el modelo estándar, los bosones son cuatro:

Partícula Símbolo Masa (en GeV/c2) Carga eléctrica Espín Interacción
Fotón gamma 0 0 1 electromagnética
Bosón W W± 80,4 ± 1 1 débil
Bosón Z Z0 91,187 0 1 débil
Gluón g 0 0 1 fuerte

Las teorías matemáticas que estudian los fenómenos de estas partículas son en el caso de la interacción fuerte, de los gluones, la Cromodinámica cuántica y en el caso de la interacción electrodébil, de fotones y bosones W y Z, la Electrodinámica cuántica.

Fermiones

Los Fermiones son partículas con espín, o momento angular intrínseco, fraccionario y que sí están sujetos al principio de exclusión de Pauli, o sea que dos partículas no pueden estar en un mismo estado cuántico al mismo momento. Su distribución está regida por la estadística de Fermi-Dirac, de ahí su nombre.

Los fermiones son básicamente partículas de materia, pero a diferencia de los bosones, no todos los fermiones son partículas elementales. El caso más claro es el de los protones y neutrones; estas partículas son fermiones pero están compuestos de quarks que, en nuestro nivel actual de conocimientos, si se consideran como elementales.

Los fermiones se dividen en dos grupos: los quarks y los leptones. Esta diferencia se aplica debido a que los leptones pueden existir aislados, a diferencia de los quarks que se encuentran siempre en presencia de otros quarks. Los grupos de quarks no pueden tener carga de color debido a que los gluones que los unen poseen carga de color. Las propiedades básicas de estas partículas se las encuentra aquí:

Tipo de fermión Nombre Símbolo Carga
electromagnética 		Carga débil* Carga de
color 		Masa
Leptón
Electrón e- -1 -1/2 0 0,511 MeV/C²
Muón mu- -1 -1/2 0 105,6 MeV/C²
Tauón tau- -1 -1/2 0 1,784 GeV/C²
Neutrino electrónico nue 0 +1/2 0 < 50 EV/C²
Neutrino muónico numu 0 +1/2 0 < 0,5 MeV/C²
Neutrino tauónico nutau 0 +1/2 0 < 70 MeV/C²
Quark
up u +2/3 +1/2 R/G/B ~5 MeV/C²
charm c +2/3 +1/2 R/G/B ~1.5 GeV/C²
top t +2/3 +1/2 R/G/B >30 GeV/C²
down d -1/3 -1/2 R/G/B ~10 MeV/C²
strange s -1/3 -1/2 R/G/B ~100 MeV/C²
bottom b -1/3 -1/2 R/G/B ~4,7 GeV/C²

Las partículas de la tabla solo tienen carga débil si son levógiras o, para las antipartículas, si son dextrógiras.

Las partículas se agrupan en generaciones. Existen tres generaciones: la primera está compuesta por el electrón, su neutrino y los quarks up y down. La materia ordinaria está compuesta por partículas de esta primera generación. Las partículas de otras generaciones se desintegran en partículas de las generaciones inferiores.

Partículas compuestas

Los físicos de partículas denominan como hadrones a las partículas que se componen de otras más elementales. Los hadrones están compuestos de quarks, de antiquarks y de gluones. La carga eléctrica de los hadrones es un número entero por lo que la suma de la carga de los quarks que los componen debe ser un entero.

La interacción fuerte es la que predomina en los Hadrones, aunque también se manifiesta la interacción electromagnética y la débil Las partículas con carga de color interactúan mediante gluones; los quarks y los gluones al tener carga de color están confinados a permanecer unidos en una partícula con carga de color neutra.

La formulación teórica de éstas partículas la realizaron simultánea e independientemente Murray Gell-Mann y George Zweig en 1964 en el llamado modelo de quarks. Este modelo ha recibido numerosas confirmaciones experimentales desde entonces.

Los hadrones se subdividen en dos clases de partículas, los bariones y los mesones.

Bariones

Los bariones son partículas que contienen tres quarks, algunos gluones y algunos antiquarks. Los bariones más conocidos son los nucleones, es decir los protones y neutrones, además de otras partículas más masivas conocidas como hiperones.

Dentro de los bariones existe una intensa interacción entre los quarks a través de los gluones, que transporta la interacción fuerte.

Como los Gluones tienen carga de color, en los bariones las partículas que lo contienen cambian rápidamente de carga de color, pero el conjunto del barión permanece con carga de color neutra.

Los bariones son también fermiones por lo que el valor de su espín es 1/2, 3/2.... Como todas las partículas, los bariones tienen su partícula de antimateria llamada antibarión que se forman con la unión de tres antiquarks. Sin contar con los nucleones, la mayoría de bariones son inestables.

Mesones

Los mesones son partículas conformadas por un quark, un antiquark y la partícula que las une, el gluón. Todos los mesones son inestables; pese a ello pueden encontrarse aislados debido a que las cargas de color del quark y del antiquark son opuestas, obteniendo un mesón con carga de color neutra.

Los mesones son además Bosones ya que la suma de los espines, de sus quark-antiquark más la contribución del movimiento de estas partículas, es un número entero. Se conoce también que el mesón posee interacciones fuertes, débiles y electromagnéticas.

En este grupo se incluye el pión, el kaón, la J/ψ, y muchas otras. Puede que existan también mesones exóticos aunque no existe evidencia experimental de ellos.

Partículas hipotéticas

Entre las principales partículas conjeturadas teóricamente y que aun no han sido confirmadas por ningún experimento hasta el 2008, se encuentran:

El bosón de Higos es la única partícula del modelo estándar no observado. En la formulación del modelo electrodébil, la partícula que podría explicar la diferencia de masas de los bosones W y Z y el fotón; se postula que para poder romper espontáneamente la simetría de un campo de Yang-Mills se necesita una partícula, ahora conocida como Bosón de Higos.

Esta partícula en un campo de Higgs daría las respuestas a esta interrogante. Los científicos esperan descubrir al bosón de Higgs en el Gran Colisionador de Hadrones (LHC en inglés), un acelerador de partículas que se espera entre en funcionamiento para el otoño de 2009, en el CERN.

El gravitón es el hipotético bosón para la interacción gravitatoria que ha sido propuesto en las teorías de la gravedad cuántica. No suele formar parte del modelo estándar debido a que no se ha encontrado experimentalmente. Se teoriza que interaccionaria con Leptones y quarks y que no tendría masa.

Supersimetría

La teoría de supersimetría plantea la existencia de partículas supercompañeras de las actuales partículas existentes, así entre las más destacadas tenemos:

El Neutralino es la mejor candidata, en el modelo estándar, para partícula de materia oscura. En la teoría de supersimetría, el neutralino es una partícula neutra, estable y super ligera, que no tiene una pareja simétrica en las partículas ordinarias.

Los sleptones y los squarks son los compañeros supersimétricos de los fermiones del modelo estándar. El Fotito, el Wino, el [zino]], el Gravitino y el Gluino son los partículas supercompañeras de los bosones.

Otras

Un WIMP (del inglés: partícula masiva que interactúa débilmente) es una de muchas partículas propuestas para explicar la materia oscura (como el neutralino o el axión). El Pomerón, usado en la teoría Regge para explicar el fenómeno de la dispersión elástica de los hadrones y la posición de los polos de Regge. El Skirmión, un Solitón topológico para el campo del pión que se usa para modelar las propiedades a baja energía del nucleón.

E Bosón de goldstone es una excitación sin masa de un campo cuya simetría ha sido rota espontáneamente. Los Piones son casi bosones de goldstone por la ruptura de la simetría del isospín de la quiralidad en la cromodinámica cuántica (no lo es porque tiene masa). El Goldstino (fermión) se produce entonces por la ruptura espontánea de la supersimetría por el bosón de goldstone. El instantón es una configuración de campo que es un mínimo local de una acción euclídea. Se usan en cálculos no perturbativos del efecto túnel.


Clasificación por velocidad

De acuerdo con su masa y rango de velocidad alcanzable las partículas hipotéticas (y las reales) pueden clasificarse en:

Un Tardión viaja más lento que la luz y tiene una masa en reposo no nula. Todas las partículas con masa pertenecen a esta categoría. Un Luzón viaja exactamente a la velocidad de la luz, y no tiene masa. Todas las partículas bosónicas sin masa pertenecen a esta categoría, usualmente se acepta que los neutrinos también pertenecen a esta categoría. Un taquión es una partícula hipotética que viaja más rápido que la luz, y cuya masa debe de ser imaginaria. No se han detectado ejemplos de este tipo de partícula.

Cuasipartículas

Las ecuaciones de campo de la física de la materia condensada son muy similares a las de la física de partículas. Por eso, mucha de la teoría de la física de partículas se puede aplicar a la física de la materia condensada, asignando a cada campo o excitación de la misma un modelo que incluye "Cuasipartículas". Se incluyen:

Los Fonones, modos vibratorios en una estructura cristalina. Los excitones, que son la superposición de un electrón y un hueco. Los Plasmones, conjunto de excitaciones coherentes de un plasma. Los Polaritones son la mezcla de un fotón y otra de las cuasipartículas de ésta lista. Los polarones, que son cuasipartículas cargadas en movimiento que están rodeadas de iones en un material. Los magnones son excitaciones coherentes de los espines de los electrones en un material.

Principales centros de investigación

En la física de partículas, los principales laboratorios internacionales son:

CERN, localizado entre la frontera Franco-Suiza cerca de la ciudad suiza de Ginebra. Su principal proyecto actual es el Large Hadron Collider o LHC, terminada su construccion y en funcionamiento. Éste será el más grande colisionador de partículas del mundo. En el CERN también podemos encontrar al LEP, colisionador electrón positrón, y al Superproton sincrotrón.

Fermilab, localizado cerca de Chicago en Estados Unidos, cuenta con el Tevatrón que puede colisionar protones y antiprotones y es el segundo acelerador de partículas más energético del mundo después del LHC.

Laboratorio Nacional Brookhaven, localizado en Long Island (Estados Unidos), cuenta con un acelerador relativista de iones pesados que puede colisionar iones pesados como el oro y protones polarizados. Fue el primer acelerador de iones pesados y es el único que puede acelerar protones polarizados.

DESY, localizado en Hamburgo (Alemania), cuenta con el HERA que puede acelerar electrones, positrones y protones.

KEK, localizado en Tsukuba (Japón), es la organización japonesa de investigación de altas energías. Aquí se han producido muchos experimentos interesantes como el experimento de oscilación del neutrino y el experimento para medir la violación de Simetría CP en el mesón B.

SLAC, localizado en Palo Alto (Estados Unidos), cuenta con el PEP-II que puede colisionar electrones y positrones.

Éstos son los principales laboratorios pero existen muchos más.

Véase también

Fuente

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