Las partículas de la materia

      A principios del siglo XX apenas se conocían unas cuantas partículas subatómicas: el electrón, el fotón, el protón, el neutrón, el positrón y el neutrino. Hoy se conocen más de 200 partículas elementales, muchas de las cuales se han descubierto tras el estudio de los rayos cósmicos y de las reacciones nucleares, e investigando con los aceleradores de partículas.

 

      En la tabla que hay más adelante se relacionan las partículas elementales más importantes y algunas de sus propiedades. Se incluyen también las antipartículas de cada partícula ordinaria, pertenecientes a la llamada antimateria. En algunos casos se han omitido las antipartículas por ser las mismas que las partículas de la materia ordinaria.

      Se pueden considerar tres familias de partículas: los fermiones (leptones y quarks), los bosones (incluido el fotón) y los hadrones (bariones y mesones).

      El fotón es un bosón, tiene spin 1, su carga y su masa en reposo son nulas y es la partícula que constituye las radiaciones electromagnéticas, como se manifiesta al estudiar algunas de sus propiedades. Es el mediador o portador de las interacciones electromagnéticas. Por ejemplo, en la interacción de un positrón con un protón, el protón lanza un fotón γ en la dirección del positrón, éste absorbe el fotón y el impacto le hace desviarse.

      Otro bosón, el gluón, es el transmisor de la interacción fuerte. Interviene en la ligadura de los protones y neutrones manteniéndolos unidos en el núcleo atómico

     En la interacción gravitatoria, el mediador es el gravitón, G, de masa nula y todavía no observado experimentalmente, aunque ha sido predicho teóricamente.

      La interacción débil es transmitida por los bosones W y Z.

      El bosón de Higgs es el mediador capaz de materializar la energía y determinar la masa de las demás partículas, aunque a algunas, como el fotón, no les afecta.

      El protón y el neutrón son bariones de masas en reposo 938,2 y 939,5 MeV/c², respectivamente. Los demás bariones son algo más pesados (de más de 1 000 MeV/c²) y se llaman hiperones o partículas extrañas. Se incluye la última partícula descubierta en las cámaras de burbujas, la omega Ω^-, que es la de mayor masa en reposo, pero de muy corta duración. Las partículas xi  se pueden producir en la colisión de un mesón pión, π⁺, y un neutrón, dando también dos kaones, K⁺.

      Los leptones son fermiones mucho más ligeros que el protón y se pueden desplazar libremente. Su masa en reposo vale 0, para los neutrinos, 0,5 MeV/c², para el electrón y el positrón, y 105,7 MeV/c², para los muones. Éstos últimos fueron descubiertos en los rayos cósmicos y se obtienen generalmente por desintegración de los piones según los esquemas: 

                                                           

π⁺   ®   μ⁺  +  /ν_μ

  π^-   ®   μ^-  +  /ν_μ

Se obtiene un neutrino muónico (asociado al muón) y su antineutrino. Los muones son inestables, se desintegran, por ejemplo, según:

                                               μ^-  ® e^- + ν_μ +  /ν_e

dando un neutrino muónico y un antineutrino electrónico.

      Los mesones son hadrones algo más pesados que los leptones pero muy inestables, se aniquilan con rapidez. Están sujetos a interacciones fuerte, débil y electromagnética. Están sujetos a interacciones débiles. Existen piones positivos, negativos y neutros.

      Las partículas K son efímeras; una K⁺ se desintegra según la ecuación:

                             K⁺  ®  μ⁺  +  ν_μ

con una vida media de 10^-8 s.

      Los fermiones forman prácticamente toda la materia que nos rodea, son las partículas fundamentales de la materia visible, especialmente los electrones, el neutrino electrónico y los quarks arriba y abajo. Los quarks no se han observado libres en la naturaleza; todas las partículas están compuestas de quarks, excepto los leptones y los mesones. Los quarks se combinan para dar hadrones, para corregir la carga eléctrica fraccionaria que poseen y obtener una carga entera, actuando como mediadores los gluones. Por ejemplo, el neutrón se forma por la combinación de tres quarks, uno u y dos d, y el protón por la unión de dos u y un d.

 

      A continuación se expone un cuadro con la clasificación de las partículas de la materia.

ELEMENTALES	FERMIONES (partículas fundamentales de la materia visible, esencialmente, los señalados en rojo. Los demás estaban presentes en el Big Bang, pero hoy sólo se encuentran en los aceleradores y en los rayos cósmicos)	LEPTONES	- electrón, e- (β-)(Electricidad y r.q.)  (el positrón, e+ (β+) es antimateria) - muón, μ (carga ±1)(compañero del e-, pero con mayor masa) - tau, τ (sin carga, pero más pesado) - neutrino electrónico, νe(sin carga) - neutrino muónico, νμ (sin carga) - neutrino de tau, ντ((sin carga)     - antineutrinos, /ν. (antimateria)
		QUARKS       6 tipos   (no se han observado libres en la naturaleza, sino combinados, prisioneros de partículas más grandes)	- arriba, u (up) )(su carga es +2/3) (el protón contiene dos, el neutrón uno) - abajo, d (down) (su carga es -1/3) (el protón contiene uno, el neutrón dos)   - encanto, c (charm) (+2/3) - extraño, s (strange) (-1/3) - cima, t (top) (+2/3) - fondo, b (botton) (-1/3) - y los antiquarks respectivos (antimateria), de carga opuesta.
	BOSONES (son las Partículas portadoras de las cuatro interacciones o fuerzas)	- fotón, ϒ     -------------- - gluón, g        8 tipos	(Unidad elemental, cuanto, de la luz, sin masa ni carga, pero transmite la fuerza electromagnética) ------------------------------ (Transmite la fuerza fuerte: es la partícula ligadura de los hadrones, manteniendo unido el núcleo atómico) (no tiene masa y su antipartícula es ella misma)
		-otros  bosones	W±, Z0 (transmisoras de la fuerza débil, tienen masa) Bosón de Higgs, H0 (tienen masa y determinan la masa de las demás partículas) Gravitón (Transmiten la fuerza de la gravedad) (No observado)
COMPUESTAS	HADRONES	BARIONES (con 3 quarks)	Nucleones: - protón, uud  (+2/3 + 2/3 – 1/3 = +1) - neutrón, udd (+2/3 – 1/3 – 1/3 = 0) Hiperones: lambeda Λ0, sigma Σ (+, -, 0) y sus antimateria, xi Ξ ó (+, -, 0), omega Ω-1
		MESONES (compuestos de un quark y un antiquark)	pión, π±, (es u + /d), y carga 2/3 + 1/3 = +1, y el π0que tendría por ejemplo un u y un  /u (2/3 -2/3).   kaón, K, ±, y K0   mesón J/Ψ, hecho de un quark encanto y su antipartícula: c + /c (2/3 -2/3 = 0)

Realmente, las partículas elementales se clasifican en:

- quarks, que son las máximas responsables de la existencia de la materia.

- ligeras: electrón, muón y neutrino.

- mediadoras: fotón (cuanto de luz que transmite la interacción electromagnética), gluón que transmite la interacción o fuerza fuerte y las W y Z, que transmite la interacción débil.

    Se podrían añadir: el bosón de Higgs, que transmite la masa a las demás, y el hipotético gravitón, transmisor de la gravedad.