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Las Partículas Subatómicas


En las ciencias físicas, las partículas subatómicas son partículas mucho más pequeñas que los átomos. Los dos tipos de partículas subatómicas son: partículas elementales, que según las teorías actuales no están hechas de otras partículas; y partículas compuestas.

La física de partículas y la física nuclear estudian estas partículas y cómo interactúan.

La idea de una partícula se repensó seriamente cuando los experimentos mostraron que la luz podía comportarse como una corriente de partículas (llamadas fotones) y exhibir propiedades similares a ondas. Esto condujo al nuevo concepto de dualidad onda-partícula para reflejar que las "partículas" a escala cuántica se comportan como partículas y ondas.

Otro concepto nuevo, el principio de incertidumbre, establece que algunas de sus propiedades tomadas en conjunto, como su posición y momento simultáneos, no se pueden medir exactamente. En tiempos más recientes, se ha demostrado que la dualidad onda-partícula se aplica no solo a los fotones sino también a partículas cada vez más masivas.

Las interacciones de partículas en el marco de la teoría cuántica de campos se entienden como creación y aniquilación de cuantos de las interacciones fundamentales correspondientes. Esto combina la física de partículas con la teoría de campo.

A través del trabajo de Albert Einstein, Satyendra Nath Bose, Louis de Broglie y muchos otros, la teoría científica actual sostiene que todas las partículas también tienen una naturaleza ondulatoria.

Esto se ha verificado, no sólo para partículas elementales sino también para partículas compuestas como átomos e incluso moléculas. De hecho, según las formulaciones tradicionales de la mecánica cuántica no relativista, la dualidad onda-partícula se aplica a todos los objetos, incluso macroscópicos; aunque las propiedades de onda de los objetos macroscópicos no se pueden detectar debido a sus pequeñas longitudes de onda.

Las interacciones entre las partículas se han analizado durante muchos siglos, y algunas leyes simples apuntalan cómo se comportan las partículas en las colisiones e interacciones. Las más fundamentales son las leyes de conservación de energía y conservación del momento, que nos permiten hacer cálculos de interacciones de partículas en escalas de magnitud que van desde estrellas hasta quarks. Estos son los requisitos previos básicos de la mecánica newtoniana, una serie de enunciados y ecuaciones en una obra llamada Philosophiae Naturalis Principia Mathematica, originalmente publicada en 1687.

El electrón con carga negativa tiene una masa igual a 1/1837 o 1836 de la de un átomo de hidrógeno. El resto de la masa del átomo de hidrógeno proviene del protón con carga positiva.

El número atómico de un elemento es la cantidad de protones en su núcleo.

Los neutrones son partículas neutras que tienen una masa ligeramente mayor que la del protón. Diferentes isótopos del mismo elemento contienen el mismo número de protones pero diferentes números de neutrones. El número de masa de un isótopo es el número total de nucleones (neutrones y protones colectivamente).

La química se ocupa de cómo el intercambio de electrones une átomos en estructuras tales como cristales y moléculas.

La física nuclear trata de entender cómo los protones y los neutrones se organizan en núcleos.

El estudio de partículas subatómicas, átomos y moléculas, y su estructura e interacciones, requiere de la mecánica cuántica. El análisis de procesos que cambian el número y tipo de partículas requiere de la teoría cuántica de campos.

El estudio de partículas subatómicas per se se llama física de partículas. La física de partículas, también conocido como física de altas energías, es una rama de la física que estudia la naturaleza de las partículas que constituyen la materia y la radiación.

El término física de alta energía es casi sinónimo de "física de partículas" ya que la creación de partículas requiere altas energías: se produce sólo como resultado de los rayos cósmicos o en los aceleradores de partículas. La fenomenología de partículas sistematiza el conocimiento sobre partículas subatómicas obtenidas de todos estos experimentos, anteriormente mencionados.

Según nuestra comprensión actual, estas partículas elementales son excitaciones de los campos cuánticos que también gobiernan sus interacciones. La teoría actualmente dominante que explica estas partículas y campos fundamentales, junto con su dinámica, se denomina Modelo Estándar. Por lo tanto, la física de partículas moderna generalmente investiga el Modelo Estándar y sus varias posibles extensiones, por ejemplo, la nueva partícula conocida, el bosón de Higgs, o incluso al campo de fuerza más antiguo conocido, la gravedad.

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