¿Hay partículas indivisibles?

En 1905, Albert Einstein teorizó que la materia está formada por átomos, que a su vez están compuestos por electrones, protones y neutrones. Desde entonces, los científicos han descubierto muchas partículas subatómicas y el campo de la física de partículas ha ganado en popularidad. Pero, ¿podremos llegar algún día a saberlo todo sobre la materia? ¿O hay algo elemental en ella que siempre será un misterio?

Algo elemental

Las partículas elementales son las unidades más básicas de la materia. Son demasiado pequeñas para ser divididas en unidades más pequeñas, e incluso las partículas subatómicas están formadas por partículas elementales.

  • Las partículas elementales incluyen: fotones; bosones W+, W-, Z0; gluones; mesones (como los piones); bariones (como los protones y neutrones)
  • Las partículas subatómicas no son elementales en el sentido de que no pueden descomponerse más, pero contienen partes elementales. Algunos ejemplos son los electrones, los quarks y los fotones.
  • Los bloques fundamentales de la materia serían los átomos y las moléculas, que tampoco pueden descomponerse más porque contienen varios tipos diferentes de estructuras elementales (protones, neutrones, etc.).

El descubrimiento del electrón

Para entender el concepto de partícula indivisible, veamos primero uno de los descubrimientos más importantes de la física del siglo XIX: El electrón.

En 1899, el físico británico J. J. Thompson llevó a cabo un experimento que cambiaría para siempre nuestra concepción de la materia. Utilizó un tubo de rayos catódicos cargado negativamente para hacer pasar un haz de electrones a través de una fina lámina de oro y descubrió algo desconcertante: los electrones eran desviados (ligeramente) por la lámina, lo que significaba que tenían masa y no eran infinitamente pequeños. Hasta entonces, se pensaba que todas las partículas eran infinitamente pequeñas y que nunca podrían verse o detectarse con ningún tipo de aparato porque su masa era muy pequeña en comparación con la de otros objetos (por ejemplo, si se tuviera un bloque del tamaño de un átomo encima de un coche).

Pero este descubrimiento dio lugar a más preguntas: ¿Qué es exactamente un electrón? ¿Cómo funcionan sus propiedades? ¿Y qué lo diferencia de otras partículas? Por ejemplo: Si los fotones también son partículas elementales, pero no tienen masa alguna (y, por tanto, no pueden verse afectados por la gravedad), ¿por qué siguen orbitando alrededor de los átomos en lugar de salir volando al espacio a la velocidad de la luz cuando se liberan de sus órbitas atómicas?

El experimento de la lámina de oro de Rutherford

Es posible que conozca el experimento de la lámina de oro de Rutherford. Se trata del experimento en el que Ernest Rutherford bombardeó una fina lámina de oro con partículas alfa y observó que la mayoría de ellas eran desviadas por los átomos del oro.

El hecho de que esto ocurra significa que podemos sacar algunas conclusiones sobre lo que ocurría cuando una partícula alfa chocaba con un átomo. Implica que había algo entre ellos (un núcleo) que la repelía de su trayectoria anterior, como una bola de bolos que choca contra una pared de goma y rebota hacia un lado en lugar de volver directamente hacia ti.

El descubrimiento del protón

A principios del siglo XX, los físicos descubrieron que los protones tienen cargas positivas. Los protones también forman parte del núcleo atómico y constituyen la mayor parte de su masa. En un átomo de hidrógeno hay un protón que tiene una carga positiva de 1,6×10^19 culombios (C).

El descubrimiento del neutrón

El descubrimiento del neutrón es una historia interesante. Los neutrones fueron observados por primera vez por James Chadwick en 1932, cuando intentaba demostrar que los protones existían. El descubrimiento de los neutrones fue un gran logro para la ciencia porque nos ayudó a entender cómo se estructuran los átomos y de qué están hechos.

Los neutrones son las partículas más comunes del universo: más del 99% de ellos se encuentran en el interior de los núcleos atómicos. Se encuentran en la mayoría de los elementos de la Tierra y constituyen más del 99% de todos los átomos.

Estas partículas elementales no tienen carga eléctrica ni color; simplemente tienen masa y giran alrededor de un eje como los planetas alrededor de sus soles.

El descubrimiento del quark

Los quarks son las partículas más pequeñas que conocemos. Sólo pueden verse en los aceleradores de partículas, pero los científicos creen que componen los protones y los neutrones.

Los quarks se mantienen unidos por gluones (partículas con masa), que llevan la carga de color de los quarks. Los distintos tipos de quarks tienen diferentes cargas de color: rojo, verde, azul y amarillo.

Cuando dos quarks se combinan entre sí, forman un objeto llamado mesón (o «meson» si eres británico). Los mesones pueden encontrarse dentro de algunos núcleos, como los átomos de hidrógeno. Cuando tres quarks se combinan entre sí, forman un objeto llamado barión (o «barión» si eres británico). Los bariones también pueden encontrarse dentro de algunos núcleos como los átomos de helio.

Aunque podemos dividir los átomos, no es posible descomponer la materia en sus componentes finales.

Hemos aprendido que las partículas son las unidades más pequeñas de la materia. La materia está formada por diferentes tipos de partículas, que tienen diferentes tamaños. Las partículas pueden dividirse en otras más pequeñas, pero no es posible descomponer la materia en sus componentes finales.

En resumen: no, no hay partículas indivisibles, ¡y eso está bien!

Conclusión

Con esto llegamos al final de nuestra discusión sobre las partículas indivisibles. Esperamos que hayas disfrutado aprendiendo sobre estos fascinantes descubrimientos y sobre cómo han cambiado nuestra comprensión del funcionamiento del mundo.

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