PARTICULAS ELEMENTALESPor Plcido G. MontotoAl menos desde la antigua Grecia, el hombre ha tratado de saber de qu estaban hechas las cosas, todas las cosas, o sea el universo, llegando a la conclusin que todo estaba hecho de cuatro elementos: tierra, aire, agua y fuego. Cualquier cosa que hubiera en la tierra se podra formar mezclando distintas proporciones de estos elementos. Otro concepto que apareci en esta poca fue el de tomo como partcula mnima indivisible.Desde entonces la evolucin del conocimiento en este campo apenas evolucion durante siglos, a pesar de haberse descubierto algunos elementos nuevos.A principios del siglo XX se descubri que el tomo s era divisible, estaba formado por partculas ms pequeas en forma de protones y neutrones agrupados en el ncleo y los electrones girando en rbitas alrededor. Y aqu nuevamente se pens que habamos dado con las partculas elementales e indivisibles.Hoy sabemos que la cosa no acaba ah, los protones y neutrones estn formados por quarks y adems existe todo un enjambre de partculas que paso a describir:En primer lugar hay que distinguir dos grandes grupos: las partculas que forman la materia y las portadoras de las distintas fuerzas. Las primeras, denominadas fermiones, se clasifican en dos grupos segn interaccionen mediante la fuerza nuclear fuerte, siendo quarks en este caso, o mediante la fuerza nuclear dbil (o electrodbil), denominndose leptones en este caso. A su vez se clasifican en tres grandes familias compuestas cada una por un electrn o uno de sus parientes (por las propiedades) mun o tau, todos ellos con carga negativa, y un neutrino asociado a cada uno y dos quarks, tal como aparece en la tabla 1LeptonesElectrnMunTau

Neutrino del electrnNeutrino del munNeutrino del tau

QuarksQuark arribaQuark encantoQuark cima

Quark abajoQuark extraoQuark fondo

Tabla 1A estas doce hay que sumar sus respectivas antipartculas, o sea, las mismas pero de antimateria, con lo que se hace un total de veinticuatro elementos que combinados forman toda la materia del universo.Las portadoras de las distintas fuerzas son las que figuran en la tabla 2. Reciben el nombre de bosones para distinguirlas de las anteriores. Cuando dos cuerpos interactan entre si mediante alguna fuerza, lo que en realidad hacen es intercambiar entre ellos bosones del tipo que corresponda a la citada fuerza.PARTICULAFUERZA

FotnElectromagntica

W, ZNuclear dbil

GlunNuclear fuerte

Gravitn (an no observado)Gravitatoria

Tabla 2Y aqu acaba la lista. Sin embargo a pesar de que todo el universo est formado por estas partculas, existen multitud de nombres para distintos elementos subatmicos ms o menos simples, que segn sus propiedades pertenecen a una u otra familia. A este nivel un cuerpo tiene las propiedades conocidas de masa y carga, pudiendo ser nula cualquiera de ellas, y adems tienen espn y carga de color en el caso de los quarks. El espn es el momento angular o giro del cuerpo. En este punto toca recordar que a nivel subatmico, cualquier parecido entre las leyes que lo gobiernan y las que estamos acostumbrados a usar en nuestro mundo macroscpico es pura coincidencia, ya que si entendemos el giro de un cuerpo como la rotacin de todos los puntos del mismo alrededor del punto central o eje, Cmo puede rotar un cuerpo puntual si slo tiene un punto? Adems las cosas que vemos girar pueden hacerlo una en cantidad cualquiera, una vuelta, media, o 15456 grados. No hay cantidad fija, sin embargo a nivel cuntico, esta propiedad esta quantizada, o sea que slo puede tener unos valores fijos para cada partcula, si cambiamos el espn ya no es esa partcula, igual que un electrn siempre tiene carga negativa y si tiene otra carga es otra cosa. La carga de color no es que se vean realmente de colores, es simplemente una caracterstica diferenciadora que se ha descubierto al comprobar que dos quarks con las dems propiedades idnticas ocupaban el mismo espacio, cosa que es imposible por cumplir el principio de exclusin. Existen tres posibles estados de color: verde, rojo y azul. Esta carga hace que los quarks no puedan existir individualmente, ya que ningn cuerpo puede tener carga de color no neutra (blanco o transparente), comportndose dichos colores como los visuales: la suma de los tres resulta blanco. Del hecho de llamarle colores a esta propiedad se deriva el nombre de cromodinmica cuntica, que es la rama de la fsica de partculas que los trata.Siguiendo el criterio del spin hay dos clases de objetos:Fermin: definicin de partcula con espn semientero, esto es , 3/2, etc. A su vez se dividen en leptones y quarks. Debe su nombre a que se comporta siguiendo la ecuacin de Fermi-Dirac.Bosn: con espn entero, como he dicho es una partcula portadora de fuerza. No cumple el principio de exclusin de Pauli por el cual no puede haber dos partculas idnticas en el mismo espacio, por este motivo cuando dos bosones idnticos estn juntos lo que hacen es sumarse, el campo de la fuerza que transportan aumenta. Debe su nombre a que sigue la ecuacin Bose-Einstein.A partir de aqu ya nos encontramos con partculas complejas compuestas por las anteriores, denominadas hadrones:Hadrn: partcula compuesta por quarks y/o antiquarks que interacta mediante las cuatro fuerzas, siendo el nico que siente la fuerza nuclear fuerte. Se dividen en bariones y mesones.Barin: est formado por tres quarks cuyas cargas se anulan. Los protones y neutrones son los ms representativos de esta familia por ser los nicos estables. Tiene espn semientero.Mesn: formado por un numero variable de pares quark y antiquark, por lo que son todos inestables. Se siguen buscando mesones exticos y el primero en ser descubierto fue el mesn pi o pin. Otros son el kan (mesn ka). Posee espn entero.Las partculas estables decaen por interaccin dbil o electromagntica, las inestables decaen por interaccin fuerte. En cuanto a la diferencia entre partculas estables e inestables, las primeras tienen vidas largas o muy largas, como los protones, cuya vida media se estima en 10E31 aos (reacurdese que el universo tiene una edad de 1.5x10E7 aos), mientras que otras decaen en un tiempo de 10E-6 o incluso 10E-10 segundos como en el caso de los kaones.Que la vida de las inestables sea tan corta es lo que hace que sea tan difcil su deteccin, habindose descubierto muchas con los aceleradores, siendo an as un gran problema detectar algo que slo existe durante una millonsima o una diez mil millonsima de segundo. Por suerte aqu la relatividad nos echa una mano, ya que a pesar de llevarse mal con la fsica quntica, hace que estas partculas al moverse a velocidades prximas a la de la luz, sufren una dilatacin temporal que hace que su corta vida equivalga a mucho ms tiempo en nuestro tiempo, considerando el nuestro como propio y el suyo como impropio.Actualmente se siguen buscando partculas nuevas, algunas cuya existencia predicen las teoras y otras no. Estas son algunas:Gravitn, por su importancia para comprender la gravedad.Bosn de Higgs: que todos los corpsculos citados en este articulo tengan masa, sin ninguna proporcin o relacin concreta y con unas diferencias muy grandes entre ellos, es un misterio que se supone resolver el campo de Higgs, que es el que le otorga masa a una partcula que se desplace a travs de l. Este campo, al igual que los dems esta formado por bosones, en este caso de Higgs.Partculas supersimtricas, segn la teora supersimtrica, todas las partculas tienen otra idntica con los mismos nmeros qunticos de la que slo difieren en el espn, que vara en , con lo que la pareja de cada fermin es un bosn y viceversa. As las parejas serian leptones-sleptones, quarks-squarks, fotn-fotino, bosn z-zino, boson w-wino, graviton-gravitino. Hasta ahora no se ha encontrado ninguna de las parejas supersimetricas, pero hay fuertes evidencias de que esta teora es correcta y por lo tanto deberan existir.Estado actual: hemos llegado realmente al limite de la materia, o las partculas analizadas estn constituidas a su vez por otras ms simples? La teora moderna dice que ya hemos llegado a las partculas fundamentales, aunque esto tambin lo crean tanto los griegos de la antigedad y los fsicos de hace un siglo en cuanto a los protones y neutrones. La teora de cuerdas ( o de supercuerdas) dice que todos los corpsculos fundamentales son cuerdas unidimensionales que vibran de diferentes modos en un espaciotiempo de once dimensiones (he dicho bien, once), y segn sea esta vibracin dan lugar a una partcula u otra. Aunque esta teora parece que puede llegar a ser algn da la buscada Teora de Gran Unificacin o Teora del Todo debido a los avances que presenta, an est en estado embrionario, a pesar de llevar dcadas evolucionando. Otro lmite muy importante que tenemos es la relacin de Broglie, segn la cual cuanto ms nos acercamos al limite inferior de la materia, ms energa necesitamos. As si para penetrar en la estructura del tomo necesitamos un megaelectronvoltio (MeV), para adentrarnos en el interior del ncleo necesitamos del orden de los 100 MeV, y para llegar a nivel de quarks hay que superar el Gigaelectronvoltio (GeV). Actualmente en el Gran Colisionador de Hadrones se llega a los 7 Teraelectronvoltios (TeV), con lo que se espera descubrir ms partculas nuevas, incluido el bosn de Higgs, con toda la repercusin que ello tendra.