La física de partículas es el subcampo de la física que se ocupa del estudio de las partículas subatómicas elementales, las partículas que forman los átomos. a principios del siglo XX, se realizaron muchos avances experimentales que sugerían que los átomos, que se creía que eran el componente más pequeño de la materia, estaban formados por partículas aún más pequeñas. se diseñaron nuevas teorías para explicar esto (como el modelo estándar de la física de partículas), se diseñaron muchos experimentos nuevos (utilizando equipos como los aceleradores de partículas) y gradualmente se hizo evidente que las partículas que forman los átomos pueden descomponerse aún más. dos ejemplos de tales partículas son los quarks y los leptones, y aunque estos tipos de partículas tienen mucho en común, sus diferencias son a menudo crudas.
Los quarks y los leptones son partículas fundamentales.
los quarks (nombrados por el ganador del premio nobel murray gell-mann después de una cita en el libro "Finnegan's Wake" de James Joyce) y los leptones actualmente se consideran las partículas más fundamentales que existen; es decir, no pueden descomponerse en otras partículas constituyentes. Los quarks y los leptones tampoco son partículas; más bien, se refieren a familias de partículas, cada una con seis miembros. la familia de partículas de quark está formada por arriba, abajo, arriba, abajo, hechizo y partículas extrañas, mientras que los leptones están formados por las partículas de electrones, neutrinos electrónicos, muones, neutrinos muones, tau y neutrinos tau. también hay antipartículas asociadas con cada partícula, la antipartícula es el espejo opuesto a la partícula correspondiente (por ejemplo, tiene la carga opuesta).
los leptones tienen carga entera; los quarks tienen carga fraccionaria
Los leptones tienen una carga eléctrica de una unidad de carga fundamental (definida como la carga de un solo electrón), en el caso del electrón, muón o tau, o sin carga, en el caso de los neutrinos correspondientes. Los quarks, por otro lado, tienen cargas fraccionarias (+/- 1/3 o +/- 2/3, según el quark). cuando estos quarks se agrupan, la suma de sus cargos siempre se suma a un cargo entero. por ejemplo, si se agrupan dos quarks up y un quark down (con cargas de +2/3 y -1/3, respectivamente), la suma de las cargas suma +1, y se crea una nueva partícula. esta nueva partícula es el protón, uno de los componentes principales del núcleo atómico.
Los leptones pueden existir libremente; los quarks no pueden
mientras que todos los quarks tienen una carga fraccionaria, un quark nunca existirá libremente en la naturaleza; esto se debe a una fuerza fundamental conocida como "fuerza fuerte". La fuerza fuerte, que está mediada por partículas portadoras de fuerza llamadas gluones, actúa dentro del núcleo de los átomos y mantiene a los quarks atraídos entre sí. la fuerza entre los quarks aumenta a medida que se separan, asegurando que nunca se detecte un quark libre. El campo de estudio dedicado a las interacciones entre quarks y gluones se llama cromodinámica cuántica (qcd). Los leptones, por otro lado, son partículas muy "independientes", y se pueden aislar.
Los quarks y los leptones están sujetos a diferentes fuerzas fundamentales.
Hay cuatro fuerzas fundamentales en la naturaleza: la fuerza fuerte (que mantiene unidos los núcleos atómicos y los quarks), la fuerza débil (que es responsable de la desintegración radioactiva), la fuerza electromagnética (que ayuda a mantener los átomos juntos) y la fuerza gravitacional (que actúa). Cualquier objeto con masa o energía en el universo). Los quarks están sujetos a todas las fuerzas fundamentales; Los leptones, por otro lado, están sujetos a todas las fuerzas excepto a la fuerza fuerte. esto se debe a que la fuerza fuerte tiene un rango muy corto, típicamente más pequeño que el de un núcleo atómico; por lo tanto, la fuerza fuerte generalmente se limita a esta área. Las fuerzas débiles, electromagnéticas y gravitacionales, por otro lado, pueden actuar a una distancia mucho mayor que la fuerza fuerte.