El Modelo Estándar y sus 2 tipos de partículas elementales.
Introducción al modelo estándar
Hemos visto en artículos anteriores que la materia (un pizarrón, un vidrio, la pantalla o el papel en el que estás leyendo esto…) está formada por átomos. Y estos, a su vez, están formados por partículas subatómicas: protones, neutrones y electrones. En 1964, varios físicos lograron responder unas preguntas que iban más allá de lo conocido hasta entonces: ¿Hay algo más pequeño? ¿Son partículas formadas por otras más pequeñas?
El Modelo Estándar
El Modelo Estándar es modelo de la Física Moderna que admite dos tipos de partículas elementales.
¿Qué es una “partícula elemental”?
Una partícula elemental es una partícula subatómica que no está compuesta de partes más pequeñas. En la física de partículas, estas partículas se consideran fundamentales o elementales, lo que significa que no se pueden dividir en componentes más pequeños mediante experimentos actuales o teorías conocidas.
Fermiones: Son las partículas que constituyen la materia. Los fermiones incluyen quarks, que son los componentes básicos de los protones y neutrones que forman los núcleos atómicos, y leptones, como el electrón y el neutrino, que son componentes básicos de los átomos.
Bosones: Son partículas que transmiten fuerzas fundamentales entre las partículas fermiónicas. Los bosones incluyen partículas como los fotones (que transmiten la fuerza electromagnética), los gluones (que transmiten la fuerza nuclear fuerte), los bosones W y Z (que transmiten la fuerza débil), y el bosón de Higgs (que se cree que otorga masa a otras partículas).
Estos dos tipos de partículas elementales del Modelo Estándar son los quarks y los leptones. Veamos las características de cada uno:
Quarks
El protón y el neutrón están formadas por tres quarks cada uno. Hay seis tipos de quarks[note]en todos los casos del cuadro (y de ahora en más), se toma que e = 1,6 × 10−19 C, siendo “e” la carga eléctrice -en coulombs- del electrón[/note]:
| Tipo de Quark | Características de Masa y Carga |
|---|---|
|
Quark Up | Masa: 2,3 MeV/c2 Carga: (2/3) e |
|
Quark Down | Masa: 4,8 MeV/c2 Carga: (-1/3) e |
|
Quark Charm | Masa: 1,275 GeV/c2 Carga: (2/3) e |
|
Quark Top | Masa: 173,07 GeV/c2 Carga: (2/3) e |
|
Quark Strange | Masa: 95 MeV/c2 Carga: (-1/3) e |
|
Quark Bottom | Masa: 4,18 GeV/c2 Carga: (-1/3) e |
Es importante, en este punto, saber que algunas partículas muy conocidas por ti están formadas por quarks. Veamos cuáles:
Los neutrones, de carga neutra, están formados por dos Quarks Down y un Quark Up.
Los protones, de carga positiva, están formados por dos Quarks Up y un Quark Down.
Leptones
Por otro lado, encontramos a los leptones. Uno de ellos ya los conoces: los electrones, de carga eléctrica negativa, son partículas fundamentales. No están formados por ninguna otra partícula.
En el equipo de los leptones encontramos a:
Electrón
Muón
Tau
Electrón Neutrino
Muón Neutrino
Tau Neutrino
Veamos algunas características de cada uno:
| Tipo de leptón | Características de Masa y Carga |
|---|---|
|
Electrón | Masa: 0,511 MeV/c2 Carga: -1 e |
|
Muón | Masa: 105,7 MeV/c2 Carga: -1 e |
|
Tau | Masa: 1.777 MeV/c2 Carga: -1 e |
|
Electrón Neutrino | Masa: <2,2 MeV/c2 Carga: 0 |
|
Muón Neutrino | Masa: <0,17 MeV/c2 Carga: 0 |
|
Tau Neutrino | Masa: <15,5 MeV/c2 Carga: 0 |
Los Bosones en el Modelo Estándar
El modelo estándar también explica las interacciones. Estas se llevan a cabo mediante el intercambio de partículas llamadas bosones. Entre los bosones, tenemos a los más conocidos: los fotones (sí, esos “camioncitos” que transportan la luz). En realidad, la interacción electromagnética se realiza por intercambio de fotones. Asimismo, la atracción entre un protón y un neutrón se realiza por intercambio de otros bosones llamados gluones. ¡Cuántos nombres!
He aquí los cuatro bosones fundamentales:
| Tipos de bosones | Caracterísicas de masa y carga |
|---|---|
|
Gluón | Masa: 0 Carga: 0 |
|
Fotón | Masa: 0 Carga: 0 |
|
Z Bosón | Masa: 91,2 MeV/c2 Carga: 0 |
|
W Bosón | Masa: 80,4 GeV/c2 Carga: ±1 e– |
Los bosones W y Z son las partículas mediadoras de la interacción nuclear débil.
Podemos resumir todo lo dicho con una simple frase:
Toda la materia está formada por quarks y leptones, que interactúan entre sí intercambiando bosones