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UN BREVE VISTAZO DENTRO DEL ÁTOMO: EL MODELO ESTÁNDAR DE PARTÍCULAS

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Editor: Ze Carlos

«Nada existe excepto los átomos y el espacio vacío; todo lo demás es opinión».
Demócrito

Ya en la antigua Grecia se había postulado la existencia de átomos, partículas indivisibles que conformarían toda la materia que vemos a nuestro alrededor. Sin embargo, hoy sabemos que el átomo sí puede dividirse: en 1887, Joseph John Thomson consiguió liberar por primera vez los electrones, los componentes de carga negativa del átomo. No mucho después, en 1909, Ernest Rutherford descubrió el núcleo y en 1918 identificó los protones del átomo de Hidrógeno, los componentes de carga positiva. A principios de la década de los treinta del siglo XX , James Chadwick descubrió el ingrediente que faltaba: el neutrón, una partícula neutra con una masa prácticamente igual a la del protón.

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¿Qué de nuevo surgió?

Por supuesto que esto no iba a ser todo: cuando se empezó a estudiar el fenómeno de la fusión nuclear, como la que se produce en el Sol para convertir en Hidrógeno en Helio, surgió la necesidad de postular otra partícula: el neutrino. Que se encargaría de hacer decaer los neutrones en protones, lo que se conoce en física como decaimiento beta. Los neutrinos, muy difíciles de detectar porque casi no interactúan con la materia, no se describieron hasta 1956.

Modelo estándar de partículas.

A su vez, un par de décadas después de descubrir los neutrinos, se supo que los protones y neutrones no son partículas indivisibles, sino que están formadas por un tipo de partículas llamadas quarks. Los quarks se agrupan en tríos. Tienen tres «colores»: rojo, azul y verde; también aparecen con seis «sabores», formando tres parejas de masa creciente. Los más ligeros son los quarks «up» (arriba) y «down» (abajo); los siguientes son los quarks «strange» (extraño) y «charm» (encanto); y la última pareja, «top» (cima) y «bottom» (fondo), es la más pesada. Se necesitan tres quarks para formar un protón (dos up y un down) o un neutrón (dos down y un up).

Otras partículas

La siguiente clase básica de partículas, los leptones, está relacionada con los neutrinos y, de hecho, los incluye. De nuevo, hay tres tipos con una masa creciente: electrones, muones y tauones. Los muones son 200 veces más pesados que un electrón, y los tauones, 3.70 veces más pesados. Todos los leptones tienen una sola carga negativa, además de una partícula asociada llamada neutrino (neutrino electrónico, umónico y tauónico) que no tiene carga. Los neutrinos casi no tienen masa y prácticamente no interaccionan. Pueden atravesar la Tierra sin ser vistos, así que son difíciles de detectar.

Las fuerzas fundamentales de la naturaleza se transmiten mediante el intercambio de partículas. Igual que se puede describir la onda electromagnética como una corriente de fotones, se puede considerar que la fuerza nuclear débil es transportada por unas partículas llamadas bosones W y Z (ver figura), mientras que la fuerza nuclear fuerte es transmitida por los gluones. La gravedad no está todavía incluida en el modelo estándar de física de partículas que acabamos de describir, pero los físicos siguen intentándolo.

¿Donde hallarlos?

A todas estas partículas de las puede hallar con la ayuda de los experimentos con los colisionadores de partículas que, como su nombre lo indica, hace impactar a las partículas entre ellas para romperlas en sus componentes. Pero también se les puede hallar de manera natural en los rayos cósmicos que impactan con la átomos de nuestra atmósfera tras su largo recorrido desde estrellas o supernovas lejanas. Los científicos le están poniendo especial cuidado al estudio de los neutrinos porque se cree que son los que pueden echar luz sobre la cuestión de la materia oscura.

Lamentablemente, es muy difícil detectar un neutrino porque, como ya dijimos, prácticamente no interactúan con la materia. Podrían atravesar la Tierra sin tocar una sola partícula. Sin embargo, se han ideado experimentos en minas subterráneas y piscinas de fluido para poder estudiarlos y se confía que en los años que viene aparecerán interesantes descubrimientos que nos acercarán mucho más a entender cómo funciona el universo cuántico.

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