Bosones Escalares (Zoológico de Partículas Subatómicas)

Bosones Escalares

Los bosones escalares son una clase particular de bosones que tienen un espín entero y cero momento angular intrínseco (espín). A diferencia de los bosones vectoriales, que tienen un espín de 1, los bosones escalares tienen un espín de 0. El nombre "bosón escalar" surge de la Teoría cuántica de campos. Se refiere a las propiedades de transformación particulares bajo una Transformación de Lorentz.

Varias partículas compuestas conocidas son bosones escalares, por ejemplo, la partícula alfa y el pion. Los mesones escalares se distinguen entre el escalar y el pseudoescalar, que se refiere a sus propiedades de transformación bajo paridad.

El único bosón escalar fundamental del Modelo estándar de física de partículas es el bosón de Higgs descubierto en 2012 en el Gran Colisionador de Hadrones (LHC) en el CERN.  Hay otros bosones escalares fundamentales hipotéticos, como el inflatón.

Gluón (Zoológico de Partículas Subatómicas)

Gluón (g1...g8) & (g9)

El gluón es una partícula subatómica elemental que actúa como el portador de la fuerza nuclear fuerte, una de las cuatro fuerzas fundamentales del universo. Su función es mantener unidos a los quarks dentro de partículas como protones y neutrones.

El gluón es al color lo que el fotón es a la carga eléctrica. Así como el fotón transmite la fuerza electromagnética entre partículas cargadas, el gluón transmite la fuerza fuerte entre quarks.

¿Qué es el "color" en cromodinámica cuántica (QCD)?

En física cuántica, el "color" no se refiere al color visual, sino a una propiedad cuántica de los quarks y gluones.

Hay tres "colores" de carga: rojo, verde y azul, y sus opuestos: antirrojo, antiverde y antiazul.

Características generales del gluón:

1) Tipo: Bosón gauge (de espín 1).

2) Carga eléctrica: 0 (es neutro).

3) Espín: 1.

4) Masa: 0 (al menos en el modelo estándar, aunque no pueden aislarse para medirla directamente).

5) Vida libre: Nunca se encuentran solos debido al confinamiento de color.

 

Observaciones

• Mantienen unidos a los quarks dentro de hadrones como protones y neutrones.

• Interactúan entre sí, a diferencia de los fotones, lo que hace a la fuerza fuerte mucho más compleja.

• Son responsables de más del 90% de la masa del protón, no por su masa propia, sino por la energía de interacción que generan entre quarks.

Tipos de gluones existentes :

Aunque podría parecer que debería haber 9 combinaciones de color-anticolor (3 colores × 3 anticolores), sólo hay 8 gluones independientes.

Las combinaciones de color-anticolor no son todas linealmente independientes. Una de las 9 combinaciones sería un estado neutro de color, que no participa en la interacción fuerte, y por tanto no es un gluón real.

Las 8 combinaciones de gluones

Estas combinaciones se expresan como superposiciones cuánticas de color y anticolor. No se nombran como partículas individuales, sino como combinaciones específicas lineales que representan los 8 generadores de SU(3). 

Estos no son simples combinaciones como “rojo-antiverde”, sino estados cuánticos mezclados con coeficientes complejos y simetrías específicas.

Lo importante:

• Cada uno de estos 8 gluones es un estado específico cuántico.

• No tienen nombres separados como los quarks (no existe "gluón rojo" o "gluón azul").

• En la práctica, estos gluones nunca se observan directamente, ya que no pueden existir libremente por el confinamiento del color.

• Lo que se detecta en experimentos son los efectos de la interacción fuerte que ellos median, por ejemplo, en colisiones de protones.

Gluón 9

El "gluón número 9" o gluón neutro es una idea teórica que surge del análisis matemático del grupo de simetría SU(3), pero no corresponde a una partícula física real dentro del modelo estándar de la física. 

$$\mathrm{3 }\text{colores }\times 3\text{ anticolores }= 9$$

La novena combinación corresponde a un estado simétrico y neutro de color, también llamado:

🔸 Gluón color singlete
🔸 Estado singlete de SU(3)
🔸 Estado “blanco” o “neutro” de color

Este estado es análogo al fotón en el electromagnetismo: es una combinación igual de los tres colores:

Es invariante bajo transformaciones de SU(3), lo que significa que no participa en la interacción fuerte y no intercambia color entre quarks. En otras palabras, es “invisible” a la cromodinámica cuántica.

¿Por qué no es un gluón real?

El modelo estándar de la física basa la fuerza fuerte en el grupo SU(3), no en U(3).

• El SU(3) tiene 8 generadores → 8 gluones.

• El U(3) tendría 9 generadores → 9 “gluones”, pero uno de ellos sería un bosón extra sin interacción de color.

Si se incluyera este gluón blanco (singlete), violaría las observaciones experimentales:

• Nunca se ha observado una partícula que se comporte como un gluón neutro sin color.

• El confinamiento del color exige que no existan portadores que puedan escapar al intercambio de color.

En algunas extensiones teóricas (como teorías de gran unificación o modelos con U(3) en lugar de SU(3)), podría surgir una partícula similar al gluón neutro, pero estas ideas aún no han sido confirmadas experimentalmente.

O sea, el gluón 9 :

• No participa en la interacción fuerte.

• No tiene color.

• Nunca ha sido observado.

Solo existen 8 gluones físicos funcionales, correspondientes a los 8 generadores del grupo SU(3).

En resumen, el gluón es la partícula que transporta la fuerza fuerte, manteniendo unidos a los quarks. Existen 8 tipos distintos de gluones, cada uno con una combinación específica de color y anticolor. Son fundamentales para la existencia de toda la materia nuclear estable.

Bosón Z⁰ (Zoológico de Partículas Subatómicas)

Bosón Z0

El bosón Z (también llamado Z⁰) es una partícula elemental que actúa como mediadora de la interacción nuclear débil, una de las cuatro fuerzas fundamentales del universo. Se llama Z⁰ porque tiene carga eléctrica neutra.

Características del bosón Z⁰:

1. Carga eléctrica: 0 (es neutro).

2. Espín: 1 (lo que lo convierte en un bosón vectorial).

3. Masa: aproximadamente 91.2 GeV/c², más pesado que los bosones W⁺ y W⁻.

4. Vida media: extremadamente corta (~3 × 10⁻²⁵ segundos).

5. Interacción: participa en interacciones neutras (no cambia la carga de las partículas que interactúan).

El bosón Z⁰ permite que dos partículas interactúen sin que ninguna cambie su tipo ni su carga. Por ejemplo:

• Un neutrino puede interactuar con un electrón intercambiando un Z⁰, pero sin cambiarse en otra partícula.

• A diferencia del bosón W, no transforma partículas (como un neutrón en un protón), sino que interactúa de forma más sutil.

$$\mathrm{<span><br></span>}$$

En resumen, el bosón Z⁰ es una partícula sin carga eléctrica, muy masiva, que media interacciones neutrales dentro de la fuerza nuclear débil. Es esencial para entender cómo interactúan partículas como los neutrinos, y forma parte del grupo de partículas mediadoras junto con los bosones W⁺ y W⁻.

Bosón W+ (Zoológico de Partículas Subatómicas)

Bosón W+

El bosón W⁺ es una partícula fundamental que actúa como portadora de la interacción nuclear débil, una de las cuatro fuerzas fundamentales del universo. Es la versión con carga positiva del bosón W (la otra es el bosón W⁻, con carga negativa).

Características del bosón W+:

1. Tipo de partícula:
   Es un bosón vectorial, es decir, una partícula con espín 1 que media fuerzas (como el fotón con el electromagnetismo, pero en este caso, en la interacción débil).

2. Carga eléctrica: Tiene carga positiva (+1), igual en magnitud pero opuesta a la del electrón.

3. Masa:
   Es muy pesado para una partícula subatómica:

   • Su masa es de aproximadamente 80.4 GeV/c², unas 80 veces la masa de un protón.
     Esto limita el alcance de la interacción débil, porque partículas tan masivas solo actúan a distancias muy cortas.

4. Vida media:
   Es extremadamente inestable y vive apenas unos 3 × 10⁻²⁵ segundos antes de desintegrarse.

El bosón W⁺ permite que ocurran ciertos tipos de transformaciones de partículas mediante la interacción débil.
Por ejemplo, en la desintegración beta positiva, un protón se transforma en un neutrón emitiendo un bosón W⁺, que luego se desintegra en un positrón (e⁺) y un neutrino electrónico (νₑ):

$$p \rightarrow n + W^+ \rightarrow n + e^+ + \nu_e$$

​

En resumen, el bosón W⁺ es una partícula con carga positiva y gran masa, que media la interacción débil y permite que ciertas partículas cambien de tipo (por ejemplo, un protón en un neutrón). Es esencial en procesos como la desintegración beta y las reacciones nucleares del Sol.

Bosón W- (Zoológico de Partículas Subatómicas)

Bosón W-

El bosón W⁻ es una partícula subatómica fundamental que transporta la fuerza nuclear débil, una de las cuatro fuerzas fundamentales del universo. Es la versión con carga negativa del bosón W.

Características del bosón W⁻:

1. Tipo de partícula:
   Es un bosón vectorial, es decir, una partícula con espín 1 que media fuerzas (como el fotón con el electromagnetismo, pero en este caso, en la interacción débil).

2. Carga eléctrica:
   Tiene carga negativa, igual a la del electrón (−1).

3. Masa:
   Es muy masivo para ser una partícula subatómica:

   • Su masa es de aproximadamente 80.4 GeV/c², unas 80 veces la masa de un protón.
     Esta gran masa hace que la interacción débil tenga muy poco alcance, ya que partículas tan pesadas no pueden viajar lejos.

4. Vida media:
   Es extremadamente inestable: vive solo unos 3 × 10⁻²⁵ segundos antes de desintegrarse.

El bosón W⁻ es uno de los responsables de que ocurran ciertas transformaciones en partículas, como la desintegración beta, donde un neutrón se convierte en un protón, un electrón y un antineutrino.

En este proceso, se emite un bosón W⁻, que luego se desintegra en:

$$W^- \rightarrow e^- + \bar{\nu}_e$$

Es decir, un electrón y un antineutrino electrónico.

En resumen, el bosón W⁻ es una partícula fundamental con carga negativa, muy masiva y de vida muy corta, que actúa como mensajero de la interacción débil. Hace posible que algunas partículas cambien de tipo, como un neutrón que se transforma en un protón, un electrón y un antineutrino.

Fotón (Zoológico de Partículas Subatómicas)

Fotón

El fotón es la partícula elemental responsable de las manifestaciones cuánticas del fenómeno electromagnético (como los rayos X, microondas, rayos gamma, luz, etc.).

 Características del fotón:

1. Sin masa en reposo:
   El fotón no tiene masa en reposo, lo que le permite viajar siempre a la velocidad de la luz en el vacío, que es aproximadamente 299.792.458 metros por segundo (m/s).

2. Transporta energía y momento:
   Aunque no tiene masa, sí transporta energía (E) y momento lineal (p). La energía de un fotón está directamente relacionada con la frecuencia (f) de la luz mediante la ecuación:

   $$E = h \cdot f$$
   

   donde $h$ es la constante de Planck.

3. Es una partícula y una onda (dualidad onda-partícula):
   El fotón tiene una naturaleza dual: se comporta como una partícula (por ejemplo, en el efecto fotoeléctrico) y también como una onda (como en los fenómenos de interferencia y difracción).

4. Mediador de la fuerza electromagnética:
   En el modelo estándar de la física de partículas, el fotón es el bosón mediador de la fuerza electromagnética, una de las cuatro fuerzas fundamentales del universo. Es decir, es la partícula responsable de transmitir las interacciones eléctricas y magnéticas entre partículas cargadas.

5. No tiene carga eléctrica ni espín entero:
   El fotón es eléctricamente neutro y tiene un espín igual a 1, lo que lo clasifica como un bosón (a diferencia de los fermiones, como el electrón o el quark).

En resumen, un fotón es la partícula elemental de la luz y de la radiación electromagnética. Sin masa, sin carga, y viaja a la velocidad de la luz. Es fundamental para entender cómo interactúan la materia y la energía en el universo.

Bosones Gauge (Zoológico de Partículas Subatómicas)

Bosones Gauge

En física de partículas, el bosón de gauge es un bosón que actúa como portador de una interacción fundamental de la naturaleza. Más específicamente, la interacción de las partículas elementales descrita por la teoría de campo de gauge se ejerce por medio de los intercambios de los bosones de gauge entre ellas, usualmente como partículas virtuales.

Los principales tipos de bosones gauge en el modelo estándar son:

1. Fotones (γ): Son los bosones gauge asociados con la interacción electromagnética. Los fotones son los cuantos del campo electromagnético y son responsables de mediar la fuerza electromagnética entre partículas cargadas eléctricamente.
2. Bosones W^+, W^-, y Z^0: Son los bosones gauge portadores de la interacción débil. Estos bosones son los cuantos de los campos de gauge débiles y son responsables de mediar la interacción débil, que es responsable de fenómenos como la desintegración beta y otras interacciones nucleares débiles.
3. Gluones: Son los bosones gauge asociados con la interacción fuerte. Los gluones son los cuantos del campo de gauge de la cromodinámica cuántica y son responsables de mediar la interacción fuerte entre partículas que poseen carga de color, como los quarks y los gluones mismos.

En resumen, los bosones gauge son partículas que emergen de la teoría de gauge y son responsables de mediar las interacciones fundamentales entre las partículas en el modelo estándar de la física de partículas.

Bosones (Zoológico de Partículas Subatómicas)

Bosones

Los bosones son partículas subatómicas que se caracterizan por tener un espín entero, es decir, un número entero de unidades de la constante reducida de Planck. Estas partículas obedecen las estadísticas de Bose-Einstein, en contraste con los fermiones, que tienen un espín semientero y obedecen las estadísticas de Fermi-Dirac.

En física de partículas se dice que los bosones son las partículas mediadoras de fuerza o partículas portadoras de las interacciones fundamentales, puesto que estas interacciones están asociadas a partículas de espín entero. A los bosones involucrados se les denomina bosones gauge.

Algunos ejemplos de bosones incluyen:

Fotones (γ): Bosones asociados con la interacción electromagnética.

Bosones W^+, W^-, y Z^0: Bosones portadores de la interacción débil.

Gluones: Bosones portadores de la interacción fuerte, responsables de mantener unidos a los quarks dentro de los hadrones y mediar las interacciones entre los quarks en los procesos nucleares y subatómicos.

Bosón de Higgs (H^0): Partícula elemental asociada con el campo de Higgs y responsable de conferir masa a otras partículas.

Además de estos, existen otros tipos de bosones teorizados en modelos más allá del modelo estándar, como los gravitones (teorizados en la teoría cuántica de la gravedad) y los axiones (propuestos para resolver ciertos problemas en la cromodinámica cuántica y la teoría de la supersimetría) o más recientemente los fotones oscuros y simetrones partículas asociadas a la materia oscura y energía oscura respectivamente.

Se encuentran descritos dentro del MODELO ESTANDARD DE PARTÍCULAS y se considera como partículas indivisibles.

Positrón y las antipartículas (Zoológico de Partículas Subatómicas)

Positrón y las Antipartículas

Un positrón es una partícula subatómica que pertenece a la categoría de antimateria. Es la antipartícula del electrón, lo que significa que tiene la misma magnitud de carga eléctrica que un electrón, pero con carga positiva en lugar de negativa. El positrón se simboliza como "e plus"/"e⁺" y tiene una carga eléctrica de +1 unidad de carga elemental, que es la misma que la carga del electrón, pero con signo opuesto.

Antimateria y Antipartículas

La antimateria es un tipo de materia que posee las mismas propiedades que la materia ordinaria, con la diferencia fundamental entre otras características que tiene carga eléctrica opuesta a las partículas de materia normal. Esto incluye antipartículas para las partículas subatómicas comunes, como el positrón (antipartícula del electrón), el antiprotón (antipartícula del protón) y el antineutrino (antipartícula del neutrino). Cuando una partícula de antimateria se encuentra con su contraparte de materia normal, ambas pueden aniquilarse mutuamente, liberando energía en forma de radiación.

La antimateria además de la carga eléctrica también tiene otras características opuestas a las partículas de materia normal, como el espín y otras propiedades fundamentales. 

El estudio de la antimateria ha sido de importancia debido a que su existencia o la falta de su ella es esencial para la comprensión del Universo y su implicación en el momento en que se produjo el Big Bang, además también tiene aplicaciones prácticas en la ciencia y la tecnología, como en la tomografía por emisión de positrones (PET) en medicina y en la investigación de colisiones de partículas en aceleradores de partículas, donde se producen y detectan partículas de antimateria. 

Neutrino y sus 3 variantes (Zoológico de Partículas Subatómicas)

Neutrino y sus 3 variantes 

Un neutrino es una partícula subatómica extremadamente ligera y eléctricamente neutra que pertenece a la familia de los leptones junto con el electrón, el muón y el tauón. En la cultura popular se le conoce como las Partículas Fantasmas. A diferencia de los leptones cargados, los neutrinos no tienen carga eléctrica y, por lo tanto, no interactúan a través de la fuerza electromagnética. Su símbolo es la letra griega Nú ν, debido a que existen 3 neutrinos asociados a cada leptón cargado, su símbolos son : νe para los neutrones electrónicos, νμ para los neutrinos muónicos y ντ para los neutrinos tauónicos.

Algunas Características de los neutrinos son los siguientes:

1. Carga eléctrica: Los neutrinos son eléctricamente neutros, lo que significa que no tienen carga eléctrica. Esta característica los hace insensibles a la interacción electromagnética, lo que les permite atravesar la materia ordinaria, como la tierra, sin interaccionar significativamente con ella.
2. Espín semientero: Al igual que otros leptones, los neutrinos tienen espín intrínseco en incrementos de medio número, como 1/2, -1/2. Esto los hace cumplir con el principio de exclusión de Pauli, lo que significa que dos neutrinos idénticos no pueden ocupar el mismo estado cuántico.
3. Tres tipos de neutrinos: Hay tres "sabores" de neutrinos conocidos: el neutrino electrónico (asociado con el electrón), el neutrino muónico (asociado con el muón) y el neutrino tauónico (asociado con el tauón). Cada uno de estos sabores de neutrinos se asocia con una variedad específica de leptones cargados.
4. Los neutrinos desempeñan un papel crucial en la física de partículas y la cosmología. Su estudio ha revelado información valiosa sobre procesos nucleares, interacciones débiles, oscilaciones de neutrinos (donde un tipo de neutrino se convierte en otro mientras viaja) y su contribución a la materia oscura del universo.

Concluyendo que los neutrinos son partículas subatómicas eléctricamente neutras, insensibles a la fuerza electromagnética y son parte de la familia de los leptones. Son fundamentales en la física de partículas y en la comprensión de los procesos nucleares y astrofísicos en el universo. Poseen una masa muy pequeña haciendo que interactúen poco con las partículas de su entorno. Además existen 3 tipos diferentes de neutrinos asociados a los leptones cargados eléctricamente.

Tauón (Zoológico de Partículas Subatómicas)

Tauón 

Los tauones (también conocidos como taones o tau leptón) son una clase de partículas subatómicas que pertenecen a la familia de los leptones, el símbolo usado para su identificación es la letra griega Tau τ−. Junto con el electrón y el muón, los tauones son una de las tres variedades de leptones cargados. Estas son algunas de las características de los tauones:

1. Carga eléctrica: Los tauones tienen una carga eléctrica negativa de -1 unidad de carga elemental, al igual que los electrones y los muones. Debido a su carga, los tauones interactúan a través de la fuerza electromagnética.
2. Masa: Los tauones son más masivos que los electrones y los muones, siendo aproximadamente 3.5 veces más masivos que un muón y aproximadamente 3.2 veces más masivos que un electrón.
3. Vida media: Los tauones son partículas inestables y tienen una vida media aún más corta que la de los muones. La vida media de un tauón es muy breve, de aproximadamente 2.9 x 10^-13 segundos antes de que se desintegre en otras partículas más ligeras.

Los tauones son de interés para los científicos debido a su capacidad para explorar propiedades fundamentales de la física subatómica y su participación en diversas interacciones y procesos subatómicos. Además, el estudio de los tauones y otras partículas subatómicas es fundamental para comprender la estructura de la materia a nivel subatómico y la física de partículas en general.

Muón (Zoológico de Partículas Subatómicas)

Muón

Los muones son una clase de partículas subatómicas que pertenecen a la familia de los leptones, el símbolo usado para identificarlos en la nomenclatura es la letra griega Mú μ−. Junto con el electrón y el tauón, los muones son una de las tres variedades de leptones cargados, y son aproximadamente 207 veces más masivos que los electrones. Algunas de sus características son :

1. Carga eléctrica: Los muones tienen una carga eléctrica negativa de -1 unidad de carga elemental, al igual que los electrones. Por lo tanto, son leptones cargados, lo que significa que participan en interacciones electromagnéticas y débiles.
2. Vida media corta: A diferencia de los electrones, los muones son partículas inestables y tienen una vida media relativamente corta. Un muón típico tiene una vida media de alrededor de 2.2 microsegundos antes de decaer en otras partículas más ligeras, incluyendo un electrón y dos tipos de neutrinos (neutrino muónico y antineutrino muónico).
3. Aplicaciones en experimentos: Los muones son útiles en experimentos de física de partículas y astrofísica, donde se utilizan para investigar propiedades fundamentales de las partículas subatómicas y para estudiar fenómenos relacionados con la materia oscura, la física de neutrinos y otras áreas de la investigación en física de partículas, también son usados para la detección de cavidades dentro de construcciones antiguas.

Los muones son interesantes para los científicos debido a su capacidad para explorar propiedades fundamentales de la física subatómica y su participación en la interacción débil. También han desempeñado un papel importante en la detección de partículas cósmicas de alta energía y en la exploración de fenómenos astrofísicos relacionados con rayos cósmicos y neutrinos cósmicos.

Electrón (Zoológico de Partículas Subatómicas)

Electrón 

Un electrón es una partícula subatómica fundamental que tiene una carga eléctrica negativa elemental, se le representa con el símbolo e−.

Su nombre se deriva etimológicamente de el griego clásico elektron que significa ámbar. Los electrones poseen un spin de ±1/2 lo que les clasifica dentro de la familia de las partículas subatómicas denominadas como fermiones. Es uno de los componentes esenciales de los átomos, y por lo mismo de los bloques de la materia. Los electrones son extremadamente ligeros, su masa es aproximadamente m=9,109 383 701 5 × 10−31 kg.​

Los electrones exhiben propiedades de dualidad onda-partícula, lo que significa que, en ciertas circunstancias, pueden comportarse tanto como partículas discretas o como ondas de probabilidad.

Su carga corresponde a una unidad negativa de los bloques de la carga esencial, correspondiéndole el valor de C=−e (−1,602 176 634 × 10−19 C).

El electrón es parte fundamental de la estructura de la materia. Es una de las tres partículas subatómicas más conocidas, junto con protones y neutrones, y desempeña un papel crucial en la física, la química y la electrónica.

Los electrones orbitan alrededor del núcleo atómico, en regiones conocidas como niveles de energía o capas electrónicas. Estos niveles de energía están organizados en torno al núcleo en un patrón jerárquico, y cada nivel puede contener un número específico de electrones. Los electrones ocupan los niveles de energía más cercanos al núcleo antes de llenar niveles de energía más alejados, siguiendo el principio de Aufbau y el principio de exclusión de Pauli

La disposición de los electrones en los átomos y cómo se comparten o se transfieren entre átomos es fundamental para la formación de enlaces químicos y, en última instancia, para la reactividad química de las sustancias. Los electrones de valencia, que son aquellos en los niveles de energía más externos, son especialmente importantes en la química, ya que determinan cómo los átomos se combinan para formar compuestos químicos, esto sucede al compartir electrones entre átomos.

Los electrones son portadores de carga eléctrica y, por lo tanto, son responsables de la conductividad eléctrica en los materiales.

Se encuentran descritos dentro del MODELO ESTANDARD DE PARTÍCULAS y se considera como una partícula indivisible en dicho modelo.

Leptones Neutros (Zoológico de Partículas Subatómicas)

Leptones Neutros

Los Leptones Neutros o sin Carga son las partículas elementales que poseen una carga eléctrica de cero, con spin de 1/2 y se encuentran asociados a los Leptones Cargados (electrón, muón y tauón):

• Neutrino electrónico (νe): Asociado al electrón.
• Neutrino muónico (νμ): Asociado al muón.
• Neutrino tauónico (ντ): Asociado al tauón.

Los neutrinos tienen una carga eléctrica nula y una masa extremadamente pequeña, lo que los hace interactuar débilmente con la materia. Debido a estas características, los neutrinos son partículas esquivas y son capaces de atravesar grandes cantidades de materia sin interactuar significativamente.

Leptones Cargados (Zoológico de Partículas Subatómicas)

Leptones Cargados 

Los leptones con Carga son partículas subatómicas que pertenecen a la familia de los fermiones, su espín es de 1/2 y además poseen una carga eléctrica elemental. Los leptones con carga incluyen el electrón, el muón y el tauón.

• Electrón (e⁻): Es el leptón más conocido y tiene una carga eléctrica elemental negativa (-1). Es una parte fundamental de los átomos y participa en procesos como la conducción de electricidad y la formación de enlaces químicos.
• Muón (μ⁻): El muón es una partícula similar al electrón pero más masiva. También tiene una carga eléctrica elemental negativa (-1). Los muones se producen en procesos cósmicos y se desintegran en partículas más ligeras.
• Tauón (τ⁻): Similar al electrón y al muón, el tauón es otra partícula con carga eléctrica elemental negativa (-1). Los tauones son más masivos y tienen una vida media muy corta antes de desintegrarse en otras partículas.

Leptones (Zoológico de Partículas Subatómicas)

Leptones

Los leptones son una clase de partículas subatómicas fundamentales que son uno de los principales tipos de fermiones, junto con los quarks. Los leptones son componentes básicos de la materia. 

Aquí hay algunas características clave de los leptones:

1. Carga eléctrica: Los leptones tienen cargas eléctricas elementales. El electrón, que es el leptón más conocido, tiene una carga de -1 unidad, mientras que su antipartícula, el positrón, tiene una carga de +1 unidad. Otros leptones, como el muón y el tauón, también tienen cargas eléctricas elementales.
2. Espín semientero: Al igual que los quarks, los leptones tienen espín intrínseco en incrementos de medio número, como 1/2, -1/2, -1/2, etc. Esto significa que obedecen el principio de exclusión de Pauli, lo que impide que dos leptones idénticos ocupen el mismo estado cuántico.
3. Leptones cargados y neutrinos: Los leptones se dividen en dos categorías principales: los leptones cargados y los neutrinos. Los leptones cargados incluyen el electrón, el muón y el tauón, junto con sus antipartículas correspondientes. Los neutrinos son leptones sin carga eléctrica y son muy difíciles de detectar debido a su falta de interacción con la fuerza electromagnética y la fuerza nuclear fuerte.
4. Estabilidad: Los leptones, en particular el electrón, son extremadamente estables y no se desintegran espontáneamente en otras partículas en condiciones normales. Esto los hace importantes para la formación de la materia estable en el universo.
5. Interacción débil: Los leptones participan en interacciones a través de la fuerza nuclear débil, que es una de las cuatro fuerzas fundamentales en la naturaleza. La interacción débil es responsable de procesos de desintegración nuclear y procesos de cambio de sabor, como la desintegración beta.

En conclusión los leptones son partículas subatómicas fundamentales que tienen carga eléctrica y espín semientero, lo que las hace cumplir con el principio de exclusión de Pauli. Son los constituyentes básicos de la materia y juegan un papel fundamental en procesos como la formación de átomos y la desintegración nuclear.

Fermiones (Zoológico de Partículas Subatómicas)

Fermiones

Los fermiones son una de las dos categorías fundamentales de partículas subatómicas en la física de partículas, la otra categoría es la de los bosones. Los fermiones son partículas que siguen las estadísticas de Fermi-Dirac, desarrolladas por los físicos Enrico Fermi y Paul Dirac, y están caracterizados por ciertas propiedades fundamentales:

1. Espín semientero: Los fermiones tienen espín intrínseco (una propiedad cuántica relacionada con el momento angular) en incrementos de medio número (como 1/2, -1/2, 3/2, -3/2, etc.). Esto significa que no pueden ocupar el mismo estado cuántico en un sistema dado debido al principio de exclusión de Pauli.
2. Principio de exclusión de Pauli: Este principio establece que no puede haber dos fermiones idénticos en el mismo estado cuántico en un sistema. Esto es lo que da lugar a la estructura de capas electrónicas en los átomos y es fundamental en la química, ya que impide que los electrones ocupen los mismos niveles de energía.
3. Formación de la materia: Los fermiones son los constituyentes básicos de la materia visible. Los electrones, protones y neutrones son ejemplos de fermiones. Los electrones son leptones, mientras que los protones y neutrones están compuestos por quarks, que también son fermiones.
4. Estabilidad de la materia: La propiedad de espín semientero y el principio de exclusión de Pauli son responsables de la estabilidad de la materia, ya que evitan que las partículas ocupen estados cuánticos idénticos y colapsen en el mismo estado de energía.
5. En contraste, los bosones, la otra categoría de partículas subatómicas, siguen las estadísticas de Bose-Einstein y pueden ocupar el mismo estado cuántico sin restricciones. 

En conclusión los fermiones son partículas subatómicas que siguen las estadísticas de Fermi-Dirac, tienen espín semientero y obedecen el principio de exclusión de Pauli. Son los componentes básicos de la materia y desempeñan un papel esencial en la estructura de los átomos y en la estabilidad de la materia en el universo.

Partículas Elementales (Zoológico de Partículas Subatómicas)

Partículas Elementales

En física cuántica, una partícula elemental (también conocida como partícula fundamental o partícula subatómica) se refiere a una partícula que se considera indivisible, es decir, no está compuesta por partículas más pequeñas. Estas partículas son los constituyentes básicos de la materia y son fundamentales en la descripción de las interacciones y comportamientos a nivel subatómico. 

Las partículas elementales son las siguientes:

1. Quarks: Son partículas que componen los protones y neutrones en el núcleo de los átomos. Los quarks vienen en varios tipos o sabores, como arriba (u), abajo (d), encanto (c), extraño (s), verdad (t) y belleza (b).

2. Leptones: Los leptones son partículas que no interactúan fuertemente con la fuerza nuclear fuerte, como lo son el electrón, el muón y el tauón, así como sus correspondientes neutrinos.

3. Bosones mediadores: Estas partículas son responsables de mediar las fuerzas fundamentales en la naturaleza. Por ejemplo, el fotón media la fuerza electromagnética, el gluón media la fuerza nuclear fuerte, el bosón W y el bosón Z median la interacción débil, y el bosón de Higgs es responsable de dar masa a otras partículas.

Estas partículas elementales se consideran los bloques de construcción fundamentales de la materia y las interacciones en el universo. La física de partículas y la física cuántica se dedican al estudio y la comprensión de estas partículas y las fuerzas que gobiernan su comportamiento. La descripción de la materia y las fuerzas a nivel subatómico se basa en el modelo estándar de física de partículas, que es la teoría que describe la interacción de estas partículas elementales.

Zoológico de Partículas Subatómicas

Zoológico de Partículas Subatómicas

El "Zoológico de Partículas Subatómicas" es una expresión utilizada para referirse a la diversidad de partículas elementales que se han descubierto en el ámbito de la física de partículas y la mecánica cuántica. Estas partículas pueden clasificarse en diferentes categorías y subcategorías según sus propiedades y características.

Las principales categorías en el "Zoológico de Partículas Subatómicas" son las siguientes :

Zoológico de Partículas Subatómicas

Partículas Elementales

Partículas Elementales : También conocidas como partículas fundamentales o partículas subatómicas elementales, son las unidades básicas e indivisibles de la materia y las interacciones en el ámbito de la física de partículas. Son los constituyentes básicos del modelo estándar de la física de partículas, que es la teoría actualmente aceptada para describir las partículas y las fuerzas fundamentales que actúan entre ellas.

Se consideran "elementales" en el sentido de que no se ha encontrado evidencia experimental de que estén compuestas por partículas más pequeñas. Se cree que no tienen una estructura interna y no se pueden dividir en partes más pequeñas sin perder sus propiedades fundamentales.

Fermiones : Son una clase de partículas elementales que pertenecen a una de las dos categorías fundamentales de partículas en el modelo estándar de la física de partículas. Son las partículas que constituyen la materia y obedecen al principio de exclusión de Pauli, que establece que dos fermiones idénticos no pueden ocupar el mismo estado cuántico al mismo tiempo.

Los fermiones se caracterizan por tener un espín semientero, lo que significa que su espín intrínseco (una propiedad cuántica relacionada con el momento angular) es un múltiplo entero de 1/2 en unidades de la constante reducida de Planck..

Quarks : Son partículas elementales que constituyen uno de los bloques fundamentales de la materia, siendo los constituyentes básicos de los hadrones, que incluyen los protones y neutrones que forman los núcleos atómicos. Los quarks son considerados partículas elementales indivisibles, es decir, no se ha encontrado evidencia experimental de que estén compuestos por partículas más pequeñas.

Leptones : Son partículas elementales que constituyen otra categoría fundamental de partículas en el modelo estándar. Son partículas indivisibles y no tienen una estructura interna. Los leptones son fermiones, lo que significa que tienen un espín intrínseco de 1/2 y obedecen al principio de exclusión de Pauli.

Los leptones participan en interacciones a través de las fuerzas electromagnética y débil, pero no interactúan directamente con la fuerza nuclear fuerte. Además, los leptones no están sujetos al confinamiento de la fuerza nuclear fuerte, lo que significa que pueden existir de forma libre.

Bosones : Son partículas elementales que a diferencia de los fermiones, que son las partículas constituyentes de la materia, los bosones son partículas mediadoras que transmiten las fuerzas fundamentales entre las partículas.

Los bosones se caracterizan por tener espín entero, lo que significa que su espín intrínseco es un múltiplo entero de la constante reducida de Planck..

Bosón de Gauge : Un bosón de gauge, también conocido como bosón de calibre o bosón vectorial, es un tipo de partícula que surge en el contexto de las teorías de campos cuánticos y en particular en la descripción de las interacciones fundamentales en el modelo estándar.

En la teoría de campos cuánticos, las fuerzas fundamentales se describen mediante campos cuánticos y las partículas mediadoras de estas fuerzas se llaman bosones de gauge. Estos bosones transmiten las interacciones entre las partículas cargadas eléctricamente o con otra propiedad cuantizada, y son responsables de la manifestación de las fuerzas fundamentales.

Los bosones de gauge son partículas fundamentales que no tienen masa en la teoría clásica. Sin embargo, en la teoría cuántica de campos, debido a la interacción con el campo de Higgs, algunos bosones de gauge adquieren masa.

Bosón Escalar : Un bosón escalar es un tipo de partícula elemental que tiene espín 0. A diferencia de los bosones vectoriales, como los fotones o los bosones W y Z, que tienen espín 1, los bosones escalares no tienen dirección ni orientación en el espacio ya que se encuentran dispersos y distribuidos en todo el espacio.

Hipotéticas : Las partículas elementales hipotéticas son partículas subatómicas que se postulan teóricamente pero que aún no han sido confirmadas experimentalmente. Estas partículas se proponen con el fin de explicar fenómenos o resolver problemas que no pueden ser explicados por las partículas conocidas en el modelo estándar de la física de partículas.

Supersimétricas : Son partículas hipotéticas que se postulan en el marco teórico de la supersimetría. La supersimetría es una extensión teórica del modelo estándar de la física de partículas que propone una simetría entre partículas fermiónicas (partículas con espín semientero, como electrones o quarks) y partículas bosónicas (partículas con espín entero, como fotones o gluones).

En la teoría de la supersimetría, cada partícula del modelo estándar tiene una partícula supersimétrica asociada, llamada spartícula. Por ejemplo, el electrón tendría una spartícula supersimétrica llamada selectrón, el quark tendría un squark y el fotón tendría un fotino.

Las spartículas tienen las mismas propiedades de carga, color y sabor que sus contrapartes del modelo estándar, pero difieren en sus masas y espines. La supersimetría predice que por cada partícula conocida en el modelo estándar, debe haber una spartícula con un espín diferente.

Partículas Compuestas

Partículas Compuestas : En la física de partículas, las partículas compuestas son aquellas que están formadas por la combinación de otras partículas más elementales. 

Hadrones : Son partículas subatómicas que están compuestas por quarks, que son partículas fundamentales con carga fraccionaria. Los quarks se unen entre sí mediante la interacción fuerte, una de las cuatro fuerzas fundamentales descritas en el modelo estándar de la física de partículas.

Bariones: Son hadrones compuestos por tres quarks. Los bariones más conocidos son el protón y el neutrón, que son los componentes principales de los núcleos atómicos. El protón está compuesto por dos quarks arriba y un quark abajo, mientras que el neutrón está compuesto por un quark arriba y dos quarks abajo. Además del protón y el neutrón, hay muchos otros bariones, como el lambda (compuesto por un quark arriba, un quark abajo y un quark extraño) y el sigma (compuesto por tres quarks de diferentes tipos).

Mesones: Los mesones son hadrones compuestos por un quark y un antiquark. Los mesones son partículas inestables y tienen una vida media corta. Algunos ejemplos de mesones son el pión (compuesto por un quark arriba y un antiquark abajo) y el kaón (compuesto por un quark extraño y un antiquark arriba o abajo).

Hadrones Exóticos : Los hadrones exóticos son partículas subatómicas que están compuestas por quarks y antiquarks, al igual que los hadrones convencionales (como los bariones y los mesones), pero tienen configuraciones de quarks diferentes a las observadas en los hadrones establecidos en el modelo estándar.

Los hadrones exóticos pueden tener sabores de quarks que no se encuentran en los hadrones convencionales, como quarks encantados, extraños o bottom, en combinaciones no usuales. Además, los hadrones exóticos pueden tener configuraciones de espín y carga diferentes a las de los hadrones convencionales.

Hipotéticas Compuestas : Estas partículas compuestas hipotéticas se basan en teorías más allá del modelo estándar, como la supersimetría, la teoría de cuerdas y la gravedad cuántica.

Cuasipartículas

Cuasipartículas : Las cuasipartículas son fenómenos que aparecen en sistemas físicos colectivos, como sólidos, líquidos o gases, donde se comportan como si fueran partículas elementales a pesar de no serlo en realidad. Aunque se les llama "cuasipartículas", no son partículas fundamentales en el sentido de las partículas subatómicas, sino que son descripciones matemáticas o conceptuales útiles para entender y analizar el comportamiento colectivo de un sistema.

Las cuasipartículas se forman como resultado de las interacciones y excitaciones de las partículas fundamentales que componen el sistema. Estas interacciones pueden ser tan fuertes que las partículas fundamentales se combinan y se comportan colectivamente como una partícula emergente con propiedades distintas.

Es importante tener en cuenta que esta clasificación no es exhaustiva, y que la física de partículas es un campo en constante desarrollo. Nuevas partículas pueden ser descubiertas en el futuro y clasificaciones más detalladas pueden surgir a medida que se avance en la comprensión de la naturaleza de las partículas subatómicas.