A través del conocimiento de las partículas elementales, así como de sus propiedades e interacciones, es posible comprender más y mejor la historia y la evolución del universo.
Partículas elementales es la expresión que se utiliza para identificar a los componentes más básicos de la materia. Estas unidades que carecen de estructura en su interior y no abarcan en su composición elementos de mayor simpleza son el objeto de estudio de quienes se especializan en física de partículas.
Teniendo como guía al modelo estándar, hoy en día las partículas elementales están segmentadas en dos grandes conjuntos: uno es el de los fermiones y el otro es el de los bosones.
A la hora de descubrir sus particularidades, sus interacciones y otros datos relevantes acerca de ellas son de suma importancia los trabajos de investigación, experimentación y estudio que realizan los expertos de laboratorios como el que se conoce como CERN (Organización Europea para la Investigación Nuclear) o el llamado Fermilab.
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ResumenClasificación de las partículas elementales
Tal como adelantamos líneas arriba, una partícula elemental, en función de sus características, puede ser considerada un fermión o un bosón.
Desde el diccionario de la Real Academia Española (RAE) se indica que los fermiones son partículas de índole elemental cuyo momento angular intrínseco (espín) solamente alcanza valores semienteros (como sucede con los protones, neutrones y con cada electrón). En esa misma fuente de consulta se presenta al bosón como el tipo de partícula elemental con la capacidad de ejercer interacción entre los fermiones.
El fotón (al cual se señala como mediador frente a toda clase de interacción electromagnética), el gluón (partícula que porta, de acuerdo a la teoría, a la interacción fuerte), el gravitón (una partícula hipotética que podría mediar en interacciones marcadas por la fuerza gravitacional) y el bosón de Higgs, así como el bosón W y el bosón Z son parte del grupo de los bosones, donde no se cumple la regla bautizada como principio de exclusión de Pauli pero sí rige la estadística de Bose-Einstein. De ahí que se observe en ellos un estado de la materia denominado condensado de Bose-Einstein.
Antes de dar por concluido el asunto de la categorización es enriquecedor volver a centrar la atención en los fermiones a fin de poder sumar información interesante. En esta familia, por ejemplo, aparece el leptón, una partícula que no tiene carga de color. Hay seis variedades de leptones: leptones electrónicos como el neutrino electrónico y el electrón; leptones muónicos como lo son el neutrino muónico y el muón; y leptones tauónico como el neutrino tau y el tauón. Cada uno de ellos posee su antipartícula correspondiente. Existen, por otra parte, fermiones de carácter elemental y alcance masivo que se identifican con el nombre de quarks. Estos, que son capaces de interactuar con todas las fuerzas fundamentales, logran constituir hadrones cuando se mantienen unidos gracias a la interacción fuerte.
La teoría define como partícula subatómica a diminutos componentes de la materia, los constituyentes más pequeños (siendo partículas elementales o partículas compuestas), que llegan a tener un tamaño menor que el átomo.
Se reconocen diferentes tipos de quarks, por eso los especialistas apelaron a las categorías de quark arriba (up), quark abajo (down), quark encanto (charm), quark extraño (strange), quark cima (top) y quark fondo (bottom) para distinguirlos.
Descubrimientos
A lo largo de la Historia hubo varios descubrimientos sobre partículas que han tenido un valor inmenso para aquellos que se esfuerzan por comprender y averiguar cuestiones y fenómenos que suceden en el universo.
El matemático y físico británico Peter Higgs, por ejemplo, supo ganar un Premio Nobel de Física por sus grandes aportes científicos. Su apellido ha quedado para siempre grabado en el ámbito científico porque se inmortalizó en el bosón de Higgs tras la labor de Peter para darle explicación, junto a unos colegas suyos, a cómo surge la masa de cada partícula elemental. La predicción que él hizo desde la teoría, décadas más tarde pudo ser confirmada y comprobada con pruebas en el LHC (Gran Colisionador de Hadrones).
Años atrás, asimismo, se ha conseguido medir con un aceptable nivel de precisión la masa correspondiente al llamado quark top. Este logro resulta vital para mejorar los saberes relacionados al modelo estándar y al comportamiento o futuro del universo. Si bien hay que seguir trabajando en el tema, es determinante descifrar con exactitud la masa que presenta el quark top a fin de poder determinar si, a largo plazo, el universo perdería estabilidad y tendría riesgo de desaparecer como consecuencia de un suceso impactante parecido al Big Bang.
Se cree que en el universo visible prácticamente toda la materia está presentada en neutrinos. También, dejando de lado a la materia oscura, se considera que hay una gran cantidad de fotones y elementos que portan fuerza y carecen de masa.
Importancia de las partículas elementales
Acumular saberes sobre las partículas elementales y seguir inspeccionándolas se traduce en avances vinculados a la cosmología, la física y a otros campos de estudio donde ganan protagonismo los componentes más básicos de la materia.
En la práctica, por indicar un caso concreto a modo de referencia, se aprovecha el positrón en el rubro de la medicina nuclear para poder hacer diagnósticos médicos sometiendo al paciente a una tomografía por emisión de positrones (PET). No se puede pasar por alto que esta partícula elemental, encuadrada en el conjunto de la antimateria, está considerada como la antipartícula del electrón. Tanto los electrones como los positrones son utilizados por los científicos para efectuar experimentos en un acelerador de partículas.
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