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La física de partículas


La física de partículas es una rama de la física que estudia la naturaleza de las partículas que constituyen la materia y la radiación. Aunque la palabra "partícula" puede referirse a varios tipos de objetos muy pequeños, la física de partículas generalmente investiga las partículas detectables, irreduciblemente más pequeñas y las interacciones fundamentales necesarias para explicar su comportamiento.

La idea de que toda la materia está compuesta de partículas elementales data de al menos el siglo VI a. C. En el siglo XIX, John Dalton, a través de su trabajo sobre la estequiometría, llegó a la conclusión de que cada elemento de la naturaleza estaba compuesto por un único tipo de partícula.

La palabra átomo, que proviene de la palabra griega átomos y que significa "indivisible", ha denotado desde entonces la partícula más pequeña de un elemento químico, pero los físicos luego descubrieron que en realidad los átomos no son las partículas fundamentales de la naturaleza, sino que son conglomerados de partículas aún más pequeñas, como el electrón.

Las exploraciones de la física nuclear y la física cuántica, a principios del siglo XX, llevaron a la evidencia de la fisión nuclear en 1939, por Lise Meitner, y la fusión nuclear por Hans Bethe, en ese mismo año; Ambos descubrimientos llevaron al desarrollo de armas nucleares.

A lo largo de los años 50 y 60, se encontró una variedad desconcertante de partículas en colisiones de partículas de rayos de energía cada vez más alta. Fue referido informalmente como el "zoológico de partículas". Ese término fue desaprobado después de la formulación del Modelo Estándar durante la década de 1970, en el que el gran número de partículas se explicaba como combinaciones de un número (relativamente) pequeño de partículas más fundamentales.

Según nuestra comprensión actual, estas partículas elementales son excitaciones de los campos cuánticos que 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, a la nueva partícula "conocida", el Bosón de Higgs, o incluso al campo de fuerza más antiguo conocido, la Gravedad.

Partículas Subatómicas

La investigación moderna de la física de partículas se centra en las partículas subatómicas, incluidos los constituyentes atómicos como los electrones, protones y neutrones (los protones y los neutrones son partículas compuestas llamadas bariones, hechas de quarks), producidas por procesos radioactivos y de dispersión, como fotones, neutrinos y muones, así como una amplia gama de partículas exóticas.

La dinámica de las partículas también está gobernada por la mecánica cuántica; exhiben una dualidad onda-partícula, mostrando un comportamiento similar a las partículas bajo ciertas condiciones experimentales y un comportamiento similar a una onda en otras.

En términos más técnicos, se describen mediante vectores de estado cuántico en un Espacio de Hilbert, que también se trata en la teoría cuántica de campos.

Siguiendo la convención de los físicos de partículas, el término partículas elementales se aplica a aquellas partículas que, según la comprensión actual, se presume que son indivisibles y no están compuestas de otras partículas.

Todas las partículas y sus interacciones observadas hasta la fecha se pueden describir casi en su totalidad mediante una teoría cuántica de campos llamada Modelo Estándar.

El Modelo Estándar, tal como está formulado actualmente, tiene 61 partículas elementales. Esas partículas elementales se pueden combinar para formar partículas compuestas, lo que representa los cientos de otras especies de partículas que se han descubierto desde la década de 1960.

Se ha encontrado que el Modelo Estándar concuerda con casi todas las pruebas experimentales realizadas hasta la fecha. Sin embargo, la mayoría de los físicos de partículas creen que este modelo es una descripción incompleta de la naturaleza y que una teoría más fundamental aguarda su descubrimiento. En los últimos años, las mediciones de la masa de neutrinos han proporcionado las primeras desviaciones experimentales del modelo estándar.

Modelo Estándar

El estado actual de la clasificación de todas las partículas elementales es explicado por el Modelo Estándar. Este describe las interacciones fundamentales fuertes, débiles y electromagnéticas, utilizando el bosón de gauge como mediador. Las especies de bosones gauge son ocho gluones, W-, W + y bosones Z, y el fotón.

El Modelo Estándar también contiene 24 fermiones fundamentales, qué son los constituyentes de toda la materia.

Finalmente, el Modelo Estándar también predijo la existencia de un tipo de bosón conocido como el bosón de Higgs. Temprano en la mañana del 4 de julio de 2012, los físicos del Gran Colisionador de Hadrones en el CERN anunciaron que habían encontrado una nueva partícula que se comporta de manera similar a lo que se esperaba del bosón de Higgs.

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