Química básica: Partículas Fundamentales

Se definen como partículas subatómicas que no se pueden dividir en subestructuras más pequeñas, es decir, partículas que no están compuestas por otras partículas.

Un átomo está formado por fermiones, la familia de partículas elementales con masa cuya combinación da lugar a la materia bariónica o materia ordinaria. En concreto, un átomo estaría formado por dos subtipos de fermiones: leptones y quarks:

Electrones: son una partícula elemental de tipo leptón. Orbitan alrededor del núcleo atómico.
Neutrones y protones: son partículas subatómicas formadas por combinación de quarks (hadrones).

Para Dalton, el átomo era la partícula fundamental de la materia, pero a lo largo del siglo XIX, y principalmente a lo largo del siglo XX, se fueron descubriendo las partículas subatómicas. Primero los electrones y luego los protones y los neutrones, desbancado al átomo como partícula fundamental.

Electrones, neutrones y protones se tomaron de nuevo como si fueran las verdaderas partículas elementales, hasta que el descubrimiento de los quarks demostró que protones y neutrones tampoco eran las partículas elementales, sino que se podían descomponer en otras partículas.

En 1897 J.J. Thomson descubrió el electrón, hoy considerado una partícula elemental de tipo leptón. Hasta este descubrimiento, el átomo se consideraba una partícula indivisible.
En 1905 Albert Einstein descubrió el fotón, hoy considerado un tipo de bosón (partícula sin masa que porta energía o fuera de interacción).
En 1977 Ernest Rutherford descubrió el protón y que la mayor parte de la masa de un átomo se concentra en el núcleo.
En 1932 James Chadwick descubrió el neutrón.
En 1964 Murray Gell Mann propuso la existencia de los quarks, la partícula elemental que forma los neutrones y los protones.

Fermiones

Los fermiones son partículas con masa y se consideran las partículas elementales de la materia.

Los bosones son partículas sin masa que portan las fuerzas elementales.

Los fermiones incluyen otros subtipos de partículas, los leptones y los quarks. Leptones y quarks interaccionan entre sí gracias a las fuerzas de interacción que transportan los bosones y forman las partículas subatómicas: electrones, neutrones y protones.

Leptones

Los leptones se definen como fermiones o partículas con masa que no experimentan interacción nuclear fuerte.

Electrón: es la única partícula que sigue considerándose fundamental desde que se descubrieron las partículas subatómicas. Tiene carga eléctrica -1 y spin 1/2.
Muón: es similar al electrón pero más pesado.
Tau: es similar al electrón pero aún más pesado. El muón y el tau son muy inestables; en la naturaleza aparecen durante muy poco tiempo.
Electrón neutrino: partícula sin carga y muy poca masa, por lo que es muy difícil de detectar. Pero pueden transportar mucha energía que liberan cuando colisionan con otra partícula y así se pueden detectar de forma indirecta.
Muón neutrino: partícula sin carga y poca masa pero mucho más pesado que el electrón neutrino. Se producen en el decaimiento o desintegración de partículas atómicas, por ejemplo en el decaimiento beta.
Tau neutrino: sin carga y más pesado que el muón neutrino.

Quarks

Son otro grupo de fermiones que, a diferencia de los leptones, experimentan la fuerza nuclear fuerte.

Los quarks se presentan en seis sabores. 3 quarks tiene carga positiva de +2/3 (u, c y t), y 3 tienen carga negativa de -1/3 (d, s y b).

u (up): carga eléctrica positiva de +2/3
d (down): carga -1/3
c (charm): carga +2/3, como el quark up pero con más masa.
s (strange): carga -1/3, como el quark down más pesado.
t (top): carga +2/3, como los quarks up y charm pero aún más pesado.
b (bottom): cargo -1/3, como los quarks d y s pero aún más pesado.

Bosones: las partículas portadoras de fuerza

Los bosones son partículas sin masa responsables de las conocidas como fuerzas de interacción fundamentales: fuerza electromagnética, fuerza de la gravedad, fuerza nuclear fuerte y fuerza nuclear débil.

Bosones de gauge o bosones vectoriales: gluón (fuerza nuclear fuerte), fotón (fuerza electromagnética), bosón Z y bosón W (fuerza nuclear débil).
Bosones escalares: bosón de Higgs (su interacción con los fermiones es la responsable de que los fermiones adquieran masa).
Bosones tensores: Gravitón (hipotético, por confirmar).

Mapa conceptual de las Partículas fundamentales:

PARTÍCULAS FUNDAMENTALES

Tabla sobre partículas fundamentales:

Tabla Partículas fundamentales

Observa el siguiente vídeo como apoyo al tema: