Introducción
Una partícula subatómica es una
partícula más pequeña que el átomo.
Puede ser una partícula elemental o una compuesta. La
física de
partículas y la física nuclear se ocupan del
estudio de estas partículas, sus interacciones y de la
materia que
las forma y que no se agrega en los átomos. Ejemplos de
partículas subatómicas son las que constituyen los
átomos: protones, electrones y neutrones.
La mayoría de las partículas
elementales que se han descubierto y estudiado no pueden
encontrarse en condiciones normales en la Tierra,
sino que se producen en los rayos cósmicos y en los
procesos que
se dan en los aceleradores de partículas. De este modo,
existen docenas de partículas subatómicas.
Los primeros modelos
atómicos consideraban básicamente tres tipos de
partículas subatómicas: protones, electrones y
neutrones. Más adelante el descubrimiento de la estructura
interna de protones y neutrones, reveló que estas eran
partículas compuestas. Además el tratamiento
cuántico usual de las interacciones entre las
partículas comporta que la cohesión del
átomo requiere otras partículas bosónicas
como los piones, gluones o fotones.
Los protones y neutrones por su parte
están constituidos por quarks. Así un protón
está formado por dos quarks up y un Quark down. Los quarks
se unen mediante partículas llamadas gluones. Existen seis
tipos diferentes de quarks (up, down, bottom, top, extraño
y encanto). Los protones se mantienen unidos a los neutrones por
el efecto de los piones, que son mesones compuestos formados por
parejas de Quark y antiquark (a su vez unidos por gluones).
Existen también otras partículas elementales que
son responsables de las fuerzas electromagnéticas (los
fotones) y débil (los neutrinos y los bosones W y Z).
Los electrones, que están cargados
negativamente, tienen una masa 1/1836 de la del átomo de
hidrógeno, proviniendo el resto de su masa
del protón. El número atómico de un elemento
es el número de protones (o del de electrones si el
elemento es neutro). Los neutrones por su parte son
partículas neutras con una masa muy similar a la del
protón. Los distintos isótopos de un mismo elemento
contienen el mismo número de protones pero distinto
número de neutrones. El número másico de un
elemento es el número total de protones más
neutrones que posee en su núcleo.
Las propiedades más interesantes de las 3
partículas constituyentes de la materia existente en la
Tierra
son:
Electrón: Se encuentra en la corteza. Su
masa aproximadamente es de 9,1*10-31 Kg. Tiene carga
eléctrica negativa (-1.602*10-19 C).
Protón: Se encuentra en el núcleo.
Su masa es de 1,6. 10-27 Kg. Tiene carga positiva igual en
magnitud a la carga del electrón. El número
atómico de un elemento indica el número de protones
que tiene en el núcleo. Por ejemplo el núcleo del
átomo de hidrógeno contiene un único
protón, por lo que su número atómico (Z) es
1.
Neutrón: Se encuentra en el núcleo.
Su masa es casi igual que la del protón. No posee carga
eléctrica.
El concepto de
partícula elemental es hoy algo más oscuro debido a
la existencia de cuasi partículas que si bien no pueden
ser detectadas por un detector constituyen estados
cuánticos cuya descripción fenomenológica es muy
similar a la de una partícula real.
En la Grecia
clásica, un átomo era concebido como la parte
más pequeña e indivisible constituyente de la
materia.
Fue el desarrollo de
la química la
que consiguió establecer un número determinado de
constituyentes de toda la materia existente y medible en la
Tierra. Sus hallazgos dieron su mayor fruto de la mano de
Mendeleiev, al concretar de una forma sencilla todos los posibles
átomos (definiendo de hecho la existencia de algunos no
descubiertos hasta tiempo
después).
Más adelante se descubrió que, si
bien los recién definidos átomos cumplían la
condición de ser los constituyentes de toda la materia, no
cumplían ninguna de las otras dos condiciones. Ni eran la
parte más pequeña ni eran indivisibles. Sin embargo
se decidió mantener el término átomo para
estos constituyentes de la materia.
La electroquímica liderada por G. Johnstone
Stoney, dio lugar al descubrimiento de los electrones (e-) en
1874, observado en 1897 por J. J. Thomson. Estos electrones daban
lugar a las distintas configuraciones de los átomos y de
las moléculas. Por su parte en 1907 los experimentos de
Ernest Rutherford revelaron que gran parte del átomo era
realmente vacío, y que casi toda la masa se concentraba en
un núcleo relativamente pequeño. El desarrollo de
la teoría
cuántica llevó a considerar la química en
términos de distribuciones de los electrones en ese
espacio vacío. Otros experimentos demostraron que
existían unas partículas que formaban el
núcleo: el protón (p+) y el neutrón (n)
(postulado por Rutherford y descubierto por James Chadwick en
1932). Estos descubrimientos replanteaban la cuestión de
las partes más pequeñas e indivisibles que formaban
el universo
conocido. Se comenzó a hablar de las partículas
subatómicas.
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