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En la física o la química, las partículas subatómicas son las partículas más pequeñas que un átomo. Hay dos tipos de partículas subatómicas: partículas elementales, que no son de otras partículas y partículas compuestas. La física de partículas y física nuclear estudiar estas partículas y cómo interactúan.

Las partículas elementales del Modelo Estándar son:

  • Seis "sabores" de quarks: arriba, abajo, abajo, arriba, extraño y encanto;
  • Existen seis tipos de leptones: electrón, neutrino del electrón, muón, muón neutrino tau, tau neutrino;
  • Doce bosones de norma: el fotón del electromagnetismo, los tres bosones W y Z de la fuerza débil, y los ocho gluones de la fuerza fuerte;
  • El bosón de Higgs.

Varias extensiones del Modelo Estándar predice la existencia de una partícula elemental gravitón y muchas otras partículas elementales.

Partículas subatómicas compuestas están obligados estados de dos o más partículas elementales. Por ejemplo, un protón está hecho de dos quarks arriba y un quark abajo, mientras que el núcleo atómico de helio-4 se compone de dos protones y dos neutrones. Partículas compuestas incluyen todos los hadrones, un grupo compuesto por bariones y mesones.

Partículas

En la física de partículas, la idea conceptual de una partícula es uno de varios conceptos heredados de la física clásica. Esto describe el mundo que experimentamos, que se utiliza para describir cómo la materia y la energía se comportan en las escalas moleculares de la mecánica cuántica. Para los físicos, la palabra "partícula" significa algo muy diferente del sentido común del término, lo que refleja la comprensión moderna de cómo se comportan las partículas en la escala cuántica en formas que difieren radicalmente de lo que la experiencia cotidiana nos llevaría a esperar.

La idea de una partícula sufrió graves repensar a la luz de los experimentos que mostraron que la luz podía comportarse como una corriente de partículas, así como las propiedades ondulatorias de exhibición. Estos resultados hicieron necesario un nuevo concepto de la dualidad onda-partícula para reflejar que las "partículas" a escala cuántica se entienden a comportarse de una manera que se asemeja tanto a partículas y ondas. Otro nuevo concepto, el principio de incertidumbre, llegó a la conclusión de que el análisis de partículas en estas escalas requeriría un enfoque estadístico. En tiempos más recientes, la dualidad onda-partícula se ha demostrado que aplicarse no sólo a los fotones, pero a las partículas cada vez más grandes.

Todos estos factores combinados en última instancia para sustituir la noción de "partículas" discretos con el concepto de "wave-paquetes" de límites inciertos, cuyas propiedades son conocidas solamente como probabilidades, y cuyas interacciones con otras "partículas" siguen siendo en gran parte un misterio, 80 años después de la creación de la mecánica cuántica.

Energía

En la hipótesis de Einstein, la energía y la masa son análogos,. Es decir, la masa se expresa simplemente en términos de energía y viceversa. Por consiguiente, sólo hay dos mecanismos conocidos por el cual la energía se puede transferir. Estas son partículas y ondas. Por ejemplo, la luz puede ser expresado como tanto las partículas y las olas. Esta paradoja se conoce como la paradoja de la dualidad onda-partícula.

A través de la obra de Albert Einstein, Louis de Broglie, y muchos otros, la teoría científica actual sostiene que todas las partículas tienen también una naturaleza ondulatoria. Este fenómeno ha sido verificado no sólo para las partículas elementales, sino también para partículas de un compuesto como los átomos e incluso moléculas. De hecho, de acuerdo con las formulaciones tradicionales de la mecánica cuántica no relativista, la dualidad onda-partícula se aplica a todos los objetos, incluso los macroscópicas; propiedades de las ondas de los objetos macroscópicos no se pueden detectar debido a sus pequeñas longitudes de onda.

Las interacciones entre las partículas han sido examinados por muchos siglos, y algunas leyes simples sustentar cómo se comportan las partículas en colisiones e interacciones. El más importante de estos son las leyes de conservación de la energía y la conservación del momento, que nos permiten hacer cálculos de las interacciones de partículas en escalas de magnitud, que van desde estrellas de quarks. Éstos son los fundamentos pre-requisito de la mecánica newtoniana, una serie de declaraciones y ecuaciones en Philosophiae Naturalis Principia Mathematica publicado originalmente en 1687.

Dividiendo un átomo

El electrón cargado negativamente tiene una masa igual a 1/1836 de la de un átomo de hidrógeno. El resto de la masa del átomo de hidrógeno proviene del protón cargado positivamente. El número atómico de un elemento es el número de protones en su núcleo. Los neutrones son partículas neutras que tienen una masa ligeramente mayor que la del protón. Los diferentes isótopos de un 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.

Química se ocupa de cómo los electrones compartidos se une átomos en las moléculas. Física Nuclear trata de cómo los protones y los neutrones se ordenan en los núcleos. El estudio de las partículas subatómicas, átomos y moléculas, y su estructura y las interacciones, requiere de la mecánica cuántica. Procesos que cambian los números y tipos de partículas requiere analizar la teoría cuántica de campos. El estudio de las partículas subatómicas en sí se llama la física de partículas. Como la mayoría de las variedades de partículas sólo se producen como consecuencia de los rayos cósmicos o en aceleradores de partículas, la física de partículas también se conoce como la física de alta energía.

Historia

En 1905, Albert Einstein demostró la realidad física de los fotones, la hipótesis de Max Planck, en 1900, con el fin de resolver el problema de la radiación del cuerpo negro en la termodinámica.

En 1874, G. Johnstone Stoney postuló una unidad mínima de carga eléctrica, por lo que sugirió el nombre de electrón en 1891. En 1897, JJ Thomson confirmó la conjetura de Stoney por el descubrimiento de la primera partícula subatómica, el electrón. Tras la especulación acerca de la estructura de los átomos fue severamente restringida por 1.907 experimento de la lámina de oro de Ernest Rutherford, mostrando que el átomo es principalmente espacio vacío, con casi toda su masa concentrada en un pequeño núcleo atómico. El desarrollo de la teoría cuántica llevó a la comprensión de la química en términos de la distribución de los electrones en el volumen casi vacío de átomos. En 1918, Rutherford confirmó que el núcleo de hidrógeno era una partícula con carga positiva, que él nombró el protón, ahora denotado p +. Rutherford también conjeturó que todos los núcleos distintos de hidrógeno contiene partículas sin carga, que llamó el neutrón. Ahora se denota n. James Chadwick descubrió el neutrón en 1932 - La palabra denota nucleón neutrones y protones colectivamente.

Los neutrinos se postuló en 1931 por Wolfgang Pauli a ser producido en desintegraciones beta de los neutrones, pero no fueron descubiertos hasta 1956 - piones fueron postulados por Hideki Yukawa como mediadores de la fuerza fuerte residual, que une el núcleo juntos. El muón fue descubierto en 1936 por Carl D. Anderson y confundido inicialmente para el pión. En la década de 1950 se descubrieron los primeros kaones en los rayos cósmicos.

El desarrollo de nuevos aceleradores de partículas y detectores de partículas en la década de 1950 llevó al descubrimiento de una gran variedad de hadrones, lo que provocó el comentario de Wolfgang Pauli: "Si hubiera previsto esto, me habría ido a la botánica". La clasificación de los hadrones a través del modelo de quarks en 1961 fue el comienzo de la época dorada de la física de partículas modernos, que culminó con la finalización de la teoría unificada llamada el modelo estándar en la década de 1970. El descubrimiento de los bosones gauge débiles a través de los años 1980, y la verificación de sus propiedades a través de la década de 1990 se considera que es una época de consolidación en la física de partículas. A principios de 2012, de todas las partículas del Modelo Estándar, sólo la existencia del bosón de Higgs que queda por verificar. El 4 de julio de 2012, el CERN anunció el descubrimiento de una nueva partícula, compatible con el bosón de Higgs del modelo estándar, a través de experimentos realizados con el Gran Colisionador de Hadrones. Otros experimentos continuaron y en marzo de año 2013 fue tentativamente confirmaron que la partícula recién descubierta era un bosón de Higgs.


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