Resulta algo difícil dar una definición rigurosa al concepto de partícula elemental. Como una primera aproximación pueden considerarse partícula elementales aquellas micropartículas cuya estructura interna, al nivel del desarrollo actual de la física, no pueden ser representadas como la unión de otras partículas. En todos los fenómenos observados hasta el presente, cada una de ellas se comporta como un todo único. Las partículas elementales pueden transmutarse unas en otras.
Para poder explicar el comportamiento y las propiedades de las partículas elementales hay que asignarles además de la masa, carga y espín, una serie de magnitudes complementarias características.
Se conocen cuatro tipos de interacciones entre partículas elementales: fuerte, débil, electromagnética y gravitacional. Es usual caracterizar la intensidad de la interacción con ayuda de la llamada constante de interacción, la que es un parámetro adimensional, que define la probabilidad de los procesos condicionados por el tipo de interacción dado. La relación de los valores de las constantes da la intensidad relativa de las interacciones correspondientes:
· Interacción Fuerte: Este tipo de interacción garantiza el enlace entre los nucleones en el núcleo. La constante de interacción es de orden 10. La mayor distancia en la que se manifiesta esta interacción es de (10^-3) cm, aproximadamente.
· Interacción Electromagnética: La constante de interacción de (10^-2)aproximadamente. Su radio de acción es ilimitado.
· Interacción Débil: Esta interacción es la responsable por todos los tipos de desintegración beta de los núcleos, incluyendo la captura e , por muchas desintegraciones de partículas elementales y por todos los procesos de interacción de los neutrinos con la materia. La constante de interacción es del orden de los (10^-14) . La interacción débil, así como la fuerte, es de corto radio de acción.
· Interacción Gravitacional: La constante de interacción tiene un valor del orden de (10^-39) . Su radio de acción es ilimitado.
La interacción gravitacional es universal. A ella se someten todas las partículas elementales si excepción. Sin embargo en los procesos del micromundo no juega un rol importante.
En al tabla anterior, se dan los valores (por orden de magnitud) de las constantes de los diferentes tipos de interacción. En la última columna de la misma se indican el tiempo de vida de las partículas que se desintegran a cuenta de la interacción dada (se denomina a también tiempo de desintegración).
La lista de partículas subatómicas que actualmente se conocen consta de centenares de estas partículas, situación que sorprendió a los físicos, hasta que fueron capaces de comprender que muchas de esas partículas realmente no eran elementales sino compuestas de elementos más simples llamados quarks y leptones que interaccionan entre ellos mediante el intercambio de bosones.
El término partícula elemental se sigue usando para cualquier partícula que esté por debajo del nivel atómico. Por ejemplo, es usual hablar de protones y neutrones como partículas elementales aun cuando hoy sabemos que no son elementales en sentido estricto dado que tienen estructura ya que el modelo estándar analiza a estas partículas en términos de constituyentes aún más elementales llamados quarks que no pueden encontrarse libres en la naturaleza.
Otras partículas subatómicas como los leptones y entre ellos los neutrinos son partículas, de las que se cree son realmente elementales. Los neutrinos, entidades que comenzaron su existencia como artificios matemáticos, ya han sido detectados y forman parte de todas las teorías físicas de la composición de la materia, de la cosmología, astrofísica y otras disciplinas.
Actualmente se cree que los leptones, los quarks y los bosones gauge son todos los constituyentes más pequeños de la materia y por tanto serían partículas propiamente elementales. Existe un problema interesante en cuanto a estas partículas propiamente elementales, ya que parecen los leptones, por ejemplo, agruparse en series homofuncionales, siendo cada generación similar a la anterior pero formada por partículas más masivas:
· Generación 1: electrón, neutrino eléctrónico, Quark arriba, quark abajo.
· Generación 2: muón, neutrino muónico, quark extraño, quark encantado.
· Generación 3: tauón, neutrino tauónico, quark fondo, quark cima.
Aunque no se tienen demasiadas ideas de por qué existen estas tres generaciones, en teoría de cuerdas el número de generaciones existentes tiene que ver con la topología de la variedad de Calabi-Yau que aparece en su formulación. Concretamente el número de generaciones coincidiría en esta teoría con la mitad del valor absoluto del número de Euler de la variedad de Calabi-Yau. Sin embargo, esto no es estrictamente una predicción ya que en el estadio actual de la teoría de cuerdas pueden construirse espacios de Calabi-Yau de diferente número de Euler. Se sabe que si quiere construirse una teoría de cuerdas que de lugar a sólo tres generaciones, el número de Euler debe ser ±6.
Existe la hipótesis de que los quarks están formados de preones.
La siguiente tabla da una visión general de las distintas familias de partículas elementales, y las teorías que describen sus interacciones.
No hay comentarios:
Publicar un comentario