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El campo científico, con el paso del tiempo, ha ido descubriendo cada vez más partículas. En consecuencia, los electrones, protones y neutrones —los bloques básicos que componen el universo— pasaron a formar parte de una familia más amplia de partículas. Ahora, además, sabemos que los protones y neutrones están formados de quarks y que interactúan a través de fuerzas. Entonces, ¿cómo podemos clasificar a todas estas nuevas partículas y lo que deriva de ello? En este artículo estudiaremos cuántas partículas existen y cómo podemos clasificarlas.
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Regístrate gratis¿Cuál de las siguientes opciones NO es una familia de partículas?
¿Cuántas partículas elementales existen?
¿Cómo está formado un antiprotón?
Los leptones son ________.
¿Cuál de las siguientes opciones NO es un bosón?
¿Cuál de las siguientes partículas no pertenece al modelo estándar?
¿Qué son los hadrones?
¿Cómo se clasifican los hadrones?
¿En cuantas familias se dividen las partículas?
Los hadrones son partículas que componen (la) _____ parte de la masa de la materia.
¿Por cuántos quarks se compone un protón?
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Enviar comentariosPor el momento, el modelo estándar cuenta con diecisiete partículas elementales; incluye partículas como los quarks, —que componen la materia— y los fotones —responsables de los intercambios de energía en la materia—.
Fig. 1: El Gran Colisionador de Hadrones se utiliza para la investigación de partículas elementales.
La clasificación de las partículas elementales las divide según sus propiedades o interacciones; tienen características distintas y están sujetas a diversas fuerzas, por lo que desempeñan papeles diferentes en el universo. Además, con el aumento del número de partículas descubiertas, se hizo necesaria una clasificación más general, por lo que las partículas se dividieron en dos grandes familias: fermiones y bosones (portadores de campo).
Las partículas pueden clasificarse de la siguiente manera:
Fig. 2: Clasificación de las partículas elementales.
Observa que en el diagrama de las partículas, además de los fermiones y bosones, se incluyen a los hadrones. Esto se debe a que los hadrones son partículas compuestas por más de un bosón o más de un fermión. Pero antes de estudiar a los hadrones, es necesario estudiar a los quarks.
Los quarks son las partículas que forman los hadrones y son los responsables de darles carga.
Algunos ejemplos son el quark bottom y el quark down, que forman los protones y los neutrones.
Cada quark tiene su carga fundamental; si se suma la carga de todos los quarks, se obtiene la carga fundamental total de la partícula. Y si, a continuación, se suma el número de bariones, se obtiene el signo que indica si la partícula es materia o antimateria.
En la siguiente tabla puedes encontrar las cargas de los quarks.
| Partícula | Símbolo | Carga |
| Up | \(u\) | \(+2/3\) |
| Down | \(d\) | \(-1/3\) |
| Strange | \(s\) | \(-1/3\) |
| Anti-up | \(\bar{u}\) | \(-2/3\) |
| Anti-down | \(\bar{d}\) | \(1/3\) |
| Anti-strange | \(\bar{s}\) | \(1/3\) |
Tabla 1: Quarks y antiquarks.
Podemos ver que:
Un antiprotón combina dos quarks anti-up y un quark anti-down. Un antiprotón tiene la misma masa que un protón, pero su carga es negativa.
Los quarks strange son partículas adicionales que se forman cuando los haces de alta energía colisionan con átomos. Las partículas strange se desintegran más lentamente que los demás quarks. Además, poseen una cualidad que se ha denominado número extraño.
Los quarks, electrones y neutrinos forman la subfamilia conocida como fermiones.
Los hadrones son partículas que componen la mayor parte de la masa de la materia.
El neutrón es un ejemplo de hadrón.
Los hadrones tienen las siguientes características fundamentales:
El protón es un hadrón formado por tres quarks, cada uno de los cuales tiene una carga.
Los hadrones pueden clasificarse en dos categorías:
Los antiquarks y la antimateria, así como los positrones (electrones positivos), los antiprotones y los antineutrones, pertenecen a las mismas familias que sus homólogos (quarks, electrones, protones y neutrones). La diferencia clave entre ellos y la materia normal es que algunas de sus características, como la carga eléctrica, son opuestas.
Los leptones son partículas elementales que no pueden dividirse en partículas más pequeñas.
Los leptones tienen carga, como los hadrones. Pueden clasificarse en partículas cargadas y partículas neutras.
A los leptones no les afecta la fuerza nuclear fuerte que mantiene unidos a protones y neutrones en el núcleo. Pero, sí se ven afectados por la fuerza nuclear débil
El modelo del universo consiste en partículas que constituyen la materia y cuatro fuerzas elementales. Estas fuerzas son la gravedad, la fuerza electromagnética, la fuerza nuclear fuerte y la fuerza nuclear débil:
¿Qué tienen en común las partículas de campo? ¡Todas son bosones!
Un bosón es una partícula fundamental con espín entero. A diferencia de los fermiones, los bosones no obedecen el principio de exclusión de Pauli.
A continuación, puedes ver una tabla con las propiedades de los principales bosones de la naturaleza:
| Partícula | Símbolo | Carga eléctrica | Masa |
| Fotón | \(\gamma\) | \(0\) | \(0\) |
| Gluon | \(g\) | \(0\) | \(0\) |
| Bosón Z | \(Z\) | \(0\) | \(91,18\,\,\mathrm{GeV/c^2}\) |
| Bosón W | \(W^{\pm}\) | \(\pm 1\) | \(80,401\,\,\mathrm{GeV/c^2}\) |
| Bosón de Higgs | \(H^0\) | \(0\) | \(125,3\,\,\mathrm{GeV/c^2}\) |
Tabla 2: Propiedades de los bosones.
El bosón de Higgs ha sido una de las últimas partículas descubiertas. ¡Veamos por qué es tan importante!
El bosón de Higgs ha sido una de las últimas partículas descubiertas. Propuesto por Peter Higgs y descubierto en el LHC (Gran Colisionador de Hadrones), proporciona información sobre cómo las partículas obtienen su masa.
El bosón de Higgs es una partícula elemental producida por una excitación cuántica del campo de Higgs.
Según el modelo estándar de las partículas, el bosón de Higgs es un bosón escalar masivo, con espín cero, paridad positiva, sin carga eléctrica y sin carga de color. Este bosón es muy inestable, lo que provoca que se desintegre en otras partículas rápidamente.
El mecanismo de Brout-Englert-Higgs fue sugerido en 1964, para explicar que las partículas elementales adquieren su masa al interactuar con el campo de Higgs. Una masa mayor implica una interacción más fuerte con el campo de Higgs.
El descubrimiento del bosón de Higgs es un gran avance para la física de partículas, ya que nos ayudará a entender mejor la estructura fundamental del universo.
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¿Qué son las partículas y cuáles son sus características?
Las partículas son los constituyentes de la materia. Entre sus características están su masa, carga y espín.
¿Cuáles son los tipos de partículas?
Los tipos de partículas son:
¿Qué es un hadrón?
Un hadrón es una partícula formada por quarks.
¿Qué son las partículas elementales?
Las partículas elementales son aquellas que no se pueden dividir en materia más pequeña.
¿Qué son partículas compuestas?
Las partículas compuestas son aquellas formadas por otras partículas elementales.
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Lily Hulatt es una especialista en contenido digital con más de tres años de experiencia en estrategia de contenido y diseño curricular. Obtuvo su doctorado en Literatura Inglesa en la Universidad de Durham en 2022, enseñó en el Departamento de Estudios Ingleses de la Universidad de Durham y ha contribuido a varias publicaciones. Lily se especializa en Literatura Inglesa, Lengua Inglesa, Historia y Filosofía.
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Gabriel Freitas es un ingeniero en inteligencia artificial con una sólida experiencia en desarrollo de software, algoritmos de aprendizaje automático e IA generativa, incluidas aplicaciones de grandes modelos de lenguaje (LLM). Graduado en Ingeniería Eléctrica de la Universidad de São Paulo, actualmente cursa una maestría en Ingeniería Informática en la Universidad de Campinas, especializándose en temas de aprendizaje automático. Gabriel tiene una sólida formación en ingeniería de software y ha trabajado en proyectos que involucran visión por computadora, IA integrada y aplicaciones LLM.
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