Una partícula puntual , partícula ideal [1] o partícula puntual (a menudo escrita como partícula puntual ) es una idealización de partículas muy utilizada en física . Su característica definitoria es que carece de extensión espacial ; al ser adimensional, no ocupa espacio . [2] Una partícula puntual es una representación apropiada de cualquier objeto siempre que su tamaño, forma y estructura sean irrelevantes en un contexto dado. Por ejemplo, desde una distancia suficiente, cualquier objeto de tamaño finito se verá y se comportará como un objeto puntual. Las masas puntuales y las cargas puntuales, que se analizan a continuación, son dos casos comunes. Cuando una partícula puntual tiene una propiedad aditiva, como masa o carga, a menudo se representa matemáticamente mediante una función delta de Dirac . En la mecánica clásica no suele existir el concepto de rotación de partículas puntuales alrededor de su "centro".
En mecánica cuántica , el concepto de partícula puntual se complica por el principio de incertidumbre de Heisenberg , porque incluso una partícula elemental , sin estructura interna, ocupa un volumen distinto de cero. Por ejemplo, la órbita atómica de un electrón en el átomo de hidrógeno ocupa un volumen de ~10 −30 m 3 . Sin embargo, existe una distinción entre partículas elementales como electrones o quarks , que no tienen una estructura interna conocida, y partículas compuestas como los protones , que sí tienen una estructura interna: un protón está formado por tres quarks. Las partículas elementales a veces se denominan "partículas puntuales" en referencia a su falta de estructura interna, pero esto tiene un sentido diferente al discutido anteriormente.
Masa puntual ( masa puntual ) es el concepto, por ejemplo en física clásica , de un objeto físico (típicamente materia ) que tiene una masa distinta de cero y, sin embargo, explícita y específicamente es (o se piensa o modela como) infinitesimal (infinitamente pequeño). en su volumen o dimensiones lineales . En la teoría de la gravedad , los objetos extendidos pueden comportarse como puntos incluso en sus inmediaciones. Por ejemplo, los objetos esféricos que interactúan en el espacio tridimensional cuyas interacciones están descritas por la gravitación newtoniana se comportan, mientras no se toquen entre sí, como si toda su materia estuviera concentrada en sus centros de masa . [3] De hecho, esto es cierto para todos los campos descritos por una ley del cuadrado inverso . [4] [5]
De manera similar a las masas puntuales, en el electromagnetismo los físicos discuten unacarga puntual , partícula puntual concarga eléctrica.[6]ecuaciónfundamentaldela electrostáticaesla ley de Coulomb, que describe la fuerza eléctrica entre dos cargas puntuales. Otro resultado,el teorema de Earnshaw, establece que un conjunto de cargas puntuales no puede mantenerse en unade equilibrioúnicamente mediante la interacción electrostática de las cargas. Elcampo eléctricoasociado con una carga puntual clásica aumenta hasta el infinito a medida que la distancia desde la carga puntual disminuye hacia cero, lo que sugiere que el modelo ya no es preciso en este límite.
En mecánica cuántica , existe una distinción entre una partícula elemental (también llamada "partícula puntual") y una partícula compuesta . Una partícula elemental, como un electrón , un quark o un fotón , es una partícula sin estructura interna conocida. Mientras que una partícula compuesta, como un protón o un neutrón , tiene una estructura interna (ver figura). Sin embargo, ni las partículas elementales ni las compuestas están localizadas espacialmente debido al principio de incertidumbre de Heisenberg . El paquete de ondas de partículas siempre ocupa un volumen distinto de cero. Por ejemplo, ver orbital atómico : El electrón es una partícula elemental, pero sus estados cuánticos forman patrones tridimensionales.
Sin embargo, hay buenas razones para que a una partícula elemental se la llame a menudo partícula puntual. Incluso si una partícula elemental tiene un paquete de ondas deslocalizado, el paquete de ondas se puede representar como una superposición cuántica de estados cuánticos en los que la partícula está exactamente localizada. Además, las interacciones de la partícula se pueden representar como una superposición de interacciones de estados individuales que están localizados. Esto no es cierto para una partícula compuesta, que nunca puede representarse como una superposición de estados cuánticos exactamente localizados. Es en este sentido que los físicos pueden discutir el "tamaño" intrínseco de una partícula: el tamaño de su estructura interna, no el tamaño de su paquete de ondas. El "tamaño" de una partícula elemental, en este sentido, es exactamente cero.
Por ejemplo, para el electrón, la evidencia experimental muestra que el tamaño de un electrón es menor que10-18 metros . [7] Esto es consistente con el valor esperado de exactamente cero. (Esto no debe confundirse con el radio clásico del electrón , que, a pesar del nombre, no tiene relación con el tamaño real de un electrón).
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