Esta es una lista de partículas conocidas y supuestas.
Las partículas elementales son partículas sin estructura interna mensurable; es decir, se desconoce si están compuestos por otras partículas. [1] Son los objetos fundamentales de la teoría cuántica de campos . Existen muchas familias y subfamilias de partículas elementales. Las partículas elementales se clasifican según su espín . Los fermiones tienen espín medio entero mientras que los bosones tienen espín entero. Todas las partículas del modelo estándar han sido observadas experimentalmente, incluido el bosón de Higgs en 2012. [2] [3] Se han propuesto muchas otras partículas elementales hipotéticas, como el gravitón , pero no se han observado experimentalmente.
Los fermiones son una de las dos clases fundamentales de partículas, siendo la otra los bosones . Las partículas de fermiones se describen mediante la estadística de Fermi-Dirac y tienen números cuánticos descritos por el principio de exclusión de Pauli . Incluyen los quarks y los leptones , así como cualquier partícula compuesta formada por un número impar de éstos, como todos los bariones y muchos átomos y núcleos.
Los fermiones tienen espín semientero; para todos los fermiones elementales conocidos esto es 1 ⁄ 2 . Todos los fermiones conocidos, excepto los neutrinos , son también fermiones de Dirac ; es decir, cada fermión conocido tiene su propia antipartícula distinta . No se sabe si el neutrino es un fermión de Dirac o un fermión de Majorana . [4] Los fermiones son los componentes básicos de toda la materia . Se clasifican según si interactúan mediante la interacción fuerte o no. En el Modelo Estándar existen 12 tipos de fermiones elementales: seis quarks y seis leptones .
Los quarks son los constituyentes fundamentales de los hadrones e interactúan a través de la fuerza fuerte . Los quarks son los únicos portadores conocidos de carga fraccionaria , pero debido a que se combinan en grupos de tres quarks (bariones) o en pares de un quark y un antiquark (mesones), en la naturaleza sólo se observa carga entera. Sus respectivas antipartículas son los antiquarks , que son idénticos excepto que llevan la carga eléctrica opuesta (por ejemplo, el quark up lleva carga + 2 ⁄ 3 , mientras que el antiquark up lleva carga − 2 ⁄ 3 ), carga de color y número bariónico. Hay seis tipos de quarks; los tres quarks con carga positiva se denominan "quarks de tipo arriba", mientras que los tres quarks con carga negativa se denominan "quarks de tipo abajo".
Los leptones no interactúan mediante la interacción fuerte . Sus respectivas antipartículas son los antileptones , que son idénticos, excepto que llevan carga eléctrica y número leptónico opuestos. La antipartícula de un electrón es un antielectrón, que casi siempre se denomina " positrón " por razones históricas. Hay seis leptones en total; los tres leptones cargados se denominan "leptones similares a los electrones", mientras que los leptones neutros se denominan " neutrinos ". Se sabe que los neutrinos oscilan , de modo que los neutrinos de sabor definido no tienen masa definida, sino que existen en una superposición de estados propios de masa . Se ha omitido el hipotético neutrino diestro pesado, llamado " neutrino estéril ".
Los bosones son una de las dos partículas fundamentales que tienen clases de partículas de espín integrales, la otra son los fermiones . Los bosones se caracterizan por las estadísticas de Bose-Einstein y todos tienen espines enteros. Los bosones pueden ser elementales, como los fotones y los gluones , o compuestos, como los mesones .
Según el Modelo Estándar , los bosones elementales son:
La teoría electrodébil postula el bosón de Higgs principalmente para explicar el origen de las masas de las partículas . En un proceso conocido como " mecanismo de Higgs ", el bosón de Higgs y los otros bosones de calibre en el modelo estándar adquieren masa mediante la ruptura espontánea de la simetría de calibre SU(2). El modelo estándar mínimo supersimétrico (MSSM) predice varios bosones de Higgs. El 4 de julio de 2012 se descubrió una nueva partícula con una masa entrese anunciaron 125 y 127 GeV/ c 2 ; Los físicos sospecharon que se trataba del bosón de Higgs. Desde entonces, se ha demostrado que la partícula se comporta, interactúa y se desintegra de muchas de las formas predichas para las partículas de Higgs por el modelo estándar, además de tener paridad uniforme y espín cero, dos atributos fundamentales de un bosón de Higgs. Esto también significa que es la primera partícula escalar elemental descubierta en la naturaleza.
Los bosones elementales responsables de las cuatro fuerzas fundamentales de la naturaleza se denominan partículas de fuerza ( bosones de calibre ). La interacción fuerte está mediada por el gluón , la interacción débil está mediada por los bosones W y Z.
El gravitón es una partícula hipotética que se ha incluido en algunas extensiones del modelo estándar para mediar la fuerza gravitacional . Se encuentra en una categoría peculiar entre partículas conocidas e hipotéticas: como partícula no observada que no es predicha ni requerida por el Modelo Estándar , pertenece a la tabla de partículas hipotéticas que aparece a continuación. Pero la fuerza gravitacional en sí misma es una certeza, y expresar esa fuerza conocida en el marco de una teoría cuántica de campos requiere un bosón para mediarla.
Si existe, se espera que el gravitón no tenga masa porque la fuerza gravitacional tiene un alcance muy largo y parece propagarse a la velocidad de la luz. El gravitón debe ser un bosón de espín -2 porque la fuente de gravitación es el tensor de tensión-energía , un tensor de segundo orden (en comparación con el fotón de espín-1 del electromagnetismo , cuya fuente es la corriente de cuatro , un bosón de primer orden). tensor de orden). Además, se puede demostrar que cualquier campo de espín-2 sin masa daría lugar a una fuerza indistinguible de la gravitación, porque un campo de espín-2 sin masa se acoplaría al tensor de tensión-energía de la misma manera que lo hacen las interacciones gravitacionales. Este resultado sugiere que, si se descubre una partícula de espín-2 sin masa, debe ser el gravitón. [8]
Las teorías supersimétricas predicen la existencia de más partículas, ninguna de las cuales ha sido confirmada experimentalmente.
Así como el fotón, el bosón Z y los bosones W ± son superposiciones de los campos B 0 , W 0 , W 1 y W 2 , los fotino, zino y wino ± son superposiciones de los campos bino 0 , wino 0 , wino 1 , y vino 2 . No importa si se utilizan los gauginos originales o estas superposiciones como base, las únicas partículas físicas predichas son los neutralinos y los charginos como una superposición de ellos junto con los Higgsinos.
Otras teorías predicen la existencia de bosones y fermiones elementales adicionales, y algunas teorías también postulan supercompañeros adicionales para estas partículas:
Las partículas compuestas son estados ligados de partículas elementales.
Los hadrones se definen como partículas compuestas que interactúan fuertemente . Los hadrones son:
Los modelos de quarks , propuestos por primera vez en 1964 de forma independiente por Murray Gell-Mann y George Zweig (quienes llamaron a los quarks "ases"), describen los hadrones conocidos como compuestos de quarks de valencia y/o antiquarks, estrechamente unidos por la fuerza del color , que está mediada por gluones . (La interacción entre quarks y gluones se describe en la teoría de la cromodinámica cuántica ). En cada hadrón también está presente un "mar" de pares virtuales quark-antiquark.
Los bariones ordinarios ( fermiones compuestos ) contienen cada uno tres quarks de valencia o tres antiquarks de valencia.
Los mesones ordinarios están formados por un quark de valencia y un antiquark de valencia . Debido a que los mesones tienen espín entero (0 o 1) y no son en sí partículas elementales, se clasifican como bosones "compuestos" , aunque están formados por fermiones elementales . Ejemplos de mesones incluyen el pion , el kaon y el J/ψ . En hadrodinámica cuántica , los mesones median la fuerza fuerte residual entre los nucleones.
En un momento u otro, se han informado firmas positivas para todos los siguientes mesones exóticos , pero su existencia aún no se ha confirmado.
Los núcleos atómicos suelen estar formados por protones y neutrones, aunque los núcleos exóticos pueden estar formados por otros bariones, como el hipertritón , que contiene un hiperón . Estos bariones (protones, neutrones, hiperones, etc.) que componen el núcleo se denominan nucleones. Cada tipo de núcleo se denomina " nucleido ", y cada nucleido se define por el número específico de cada tipo de nucleón.
Los átomos son las partículas neutras más pequeñas en las que se puede dividir la materia mediante reacciones químicas . Un átomo consta de un núcleo pequeño y pesado rodeado por una nube ligera y relativamente grande de electrones. Un núcleo atómico normalmente consta de 1 o más protones y 0 o más neutrones. Los protones y neutrones, a su vez, están formados por quarks. Cada tipo de átomo corresponde a un elemento químico específico . Hasta la fecha se han descubierto o creado 118 elementos.
Los átomos exóticos pueden estar compuestos de partículas además de o en lugar de protones, neutrones y electrones, como hiperones o muones. Los ejemplos incluyen pionio (
π−
π+
) y átomos de quarkonio .
Los átomos leptónicos, denominados usando -onio , son átomos exóticos constituidos por el estado unido de un leptón y un antileptón. Ejemplos de tales átomos incluyen positronio (
mi−
mi+
), muonio (
mi−
µ+
), y " verdadero muonio " (
µ−
µ+
). De estos, el positronio y el muonio se han observado experimentalmente, mientras que el "verdadero muonio" sigue siendo sólo teórico.
Las moléculas son las partículas más pequeñas en las que se puede dividir una sustancia manteniendo las propiedades químicas de la sustancia. Cada tipo de molécula corresponde a una sustancia química específica . Una molécula es un compuesto de dos o más átomos. Los átomos se combinan en una proporción fija para formar una molécula. La molécula es una de las unidades más básicas de la materia.
Los iones son átomos cargados ( iones monoatómicos ) o moléculas ( iones poliatómicos ). Incluyen cationes que tienen una carga neta positiva y aniones que tienen una carga neta negativa.
Las cuasipartículas son partículas efectivas que existen en muchos sistemas de partículas. Las ecuaciones de campo de la física de la materia condensada son notablemente similares a las de la física de partículas de alta energía. Como resultado, gran parte de la teoría de la física de partículas se aplica también a la física de la materia condensada; en particular, hay una selección de excitaciones de campo, llamadas cuasipartículas , que pueden crearse y explorarse. Éstas incluyen:
Las siguientes categorías no son únicas ni distintas: por ejemplo, un WIMP o un WISP también es un FIP .