Física de partículas

A física de partículas ou física de altas enerxías é a parte da física que estuda os compoñentes elementais da materia e as interaccións entre eles.^[1] As partículas elementais integran un amplo intervalo posible de masas.^[2]

Física de partículas
Instancia de rama da física  Subclase de física moderna  Parte de física física moderna  Parcialmente coincidente con Física de Altas Enerxías  Estuda partícula subatómica
Implicados  Practicado por físico de partículas
Identificadores Freebase /m/05skl OpenAlex C109214941, C3017829689 e C2993040645
Wikidata G:Commons C:Commons

Visión xeral da física de partículas

Interaccións entre as partículas elementais descritas no Modelo estándar

Divisións e agrupacións

As partículas fundamentais subdivídense en bosons (partículas de spin enteiro coma por exemplo 0, 1, 2...) e fermións (partículas de spin semienteiro coma por exemplo 1/2 ou 3/2). As forzas fundamentais da natureza son transmitidas polos bosóns.

Considéranse catro tipos de forzas ou interaccións fundamentais:

• Electromagnética: transmitida por fotóns afecta tódalas partículas con carga eléctrica.
• Nuclear feble: transmitida polos bosóns vectoriais W^± e Z⁰ é a responsable, por exemplo, da desintegración b.
• Nuclear forte: transmitida polos gluóns é a que fai que os quarks se unan para formar mesóns e barións (nucleóns). Só afecta aos hadróns.
• Gravitación: transmitida polo gravitón (partícula teórica, non descuberta aínda). Ao nivel de partículas fundamentais esta forza é de pouca importancia e difícil de incluír nas teorías.

Algunhas teorías fundamentais predín a existencia doutros bosóns máis pesados coma o bosón de Higgs (ás veces varios) que dotaría de masa ás partículas fundamentais.

Os compoñentes básicos da materia son fermións, incluíndo protón, neutrón, e electrón. Destes, só o electrón é realmente elemental. Os outros dous están compostos de partículas máis pequenas (quarks) unidos pola interacción forte. Os fermións elementais existen en catro variedades básicas, e cada unha delas clasifícase en tres xeracións con diversas masas:

* - As partículas da táboa só teñen carga feble se son levoxiras ou, para as antipartículas, se son dextroxiras.

Tipo de fermión	Nome	Símbolo	Carga electromagnética	Carga feble*	Carga forte (cor)	Masa
Leptón	Electrón	e-	-1	-1/2	0	0,511 MeV/c²
	Muón	m-	-1	-1/2	0	105,6 MeV/c²
	Tauón	t-	-1	-1/2	0	1,784 GeV/c²
	Neutrino electrón	ne	0	+1/2	0	< 50 eV/c²
	Neutrino muónico	nm	0	+1/2	0	< 0,5 MeV/c²
	Neutrino tauón	nt	0	+1/2	0	< 70 MeV/c²
Quark	up (Arriba)	u	+2/3	+1/2	R/G/B	~5 MeV/c²
	charm (encanto)	c	+2/3	+1/2	R/G/B	~1.5 GeV/c²
	top (cume)	t	+2/3	+1/2	R/G/B	>30 GeV/c²
	down (abaixo)	d	-1/3	-1/2	R/G/B	~10 MeV/c²
	strange (estraño)	s	-1/3	-1/2	R/G/B	~100 MeV/c²
	bottom (fondo)	b	-1/3	-1/2	R/G/B	~4,7 GeV/c²

As partículas agrúpanse en xeracións. Existen tres xeracións. A primeira está composta polo electrón, o seu neutrino e os quarks up e down. A materia ordinaria está composta por partículas desta primeira xeración. As partículas doutras xeracións desintégranse en partículas das xeracións inferiores.

Os leptóns existen ceibes. Con todo, os quarks só existen en grupos sen cor debido a que os gluóns teñen unha carga de cor. Estes grupos están formados por dous (mesóns) ou tres (barións) quarks. O protón e o neutrón son algúns dos barións existentes. O pión é un dos mesóns máis importantes.

Liña temporal

A liña temporal da física de partículas lista a secuencia das teorías e descubrimentos en orde cronolóxica.

S. XIX

• 1815 – William Prout. Hipótese de que toda a materia está constituída de hidróxeno;
• 1838 – Richard Laming. Hipótese dunha partícula subatómica cargada electricamente;
• 1858 – Julius Plücker produciu raios catódicos;
• 1874 – George Johnstone Stoney. Hipótese dunha unidade de carga eléctrica mínima. No 1891, usou a palabra electrón para ela;
• 1886 – Eugene Goldstein produciu raios anódicos;
• 1897 – J. J. Thomson descubriu o electrón;
• 1899 – Ernest Rutherford descubriu as partículas alfa e beta emitidas polo uranio;
• 1900 – Paul Villard descubriu os raios gamma na desintegración do uranio.

S. XX

• 1905 – Albert Einstein fixo a hipótese da existencia do fotón para explicar o efecto fotoeléctrico.
• 1911 – Hans Geiger, Ernest Marsden e Ernest Rutherford descubriron o núcleo atómico no átomo;
• 1919 – Ernest Rutherford descubriu o protón;
• 1928 – Paul Dirac postulou a existencia de positróns como consecuencia da ecuación de Dirac;
• 1930 – Wolfgang Pauli postulou a existencia do neutrino para explicar o espectro enerxético da radiación beta;
• 1932 – James Chadwick descubriu o neutrón;
• 1932 – Carl D. Anderson descubriu o positrón;
• 1935 – Hideki Yukawa predixo a existencia de mesóns como partículas transportadoras da forza nuclear forte;
• 1936 – Carl D. Anderson descubriu o muón na radiación cósmica;
• 1947 – George Dixon Rochester e Clifford Charles Butler descubriron o kaón, a primeira 'partícula estraña';
• 1947 – Cecil Powell, César Lattes e Giuseppe Occhialini descubriron o pión;
• 1955 – Owen Chamberlain, Emilio Segrè, Clyde Wiegand, e Thomas Ypsilantis descubriron o antiprotón;
• 1956 – Clyde Cowan e Frederick Reines descubriron o neutrino electrónico;
• 1957 – Bruno Pontecorvo postulou a oscilación entre diferentes sabores de quark;
• 1962 – Leon M. Lederman, Melvin Schwartz e Jack Steinberger descubriron o neutrino muónico;
• 1967 – Bruno Pontecorvo postulou a oscilación entre diferentes tipos de neutrino;
• 1974 – Burton Richter e Samuel Ting descubrirn a partícula J/ψ, composta de Quarks encanto;
• 1977 – A partícula Ípsilon foi descuberta no Fermilab, demostrando a existencia do Quark fondo;
• 1977 – Martin Lewis Perl descubriu o leptón Tau;
• 1979 – O Gluón foi observado de xeito indirecto no DESY;
• 1983 – Carlo Rubbia e Simon van der Meer descubrio os bosóns W e Z;
• 1995 – Descubrimento do Quark cume no Fermilab;
• 2000 – Probouse no Fermilab que o neutrino tauónico era diferente ós outros neutrinos.

S. XXI

• 2012 – O Bosón de Higgs foi descuberto no Large Hadron Collider (LHC) do CERN .
• 2021- Os primeiros resultados do experimento Muón g-2 no Fermilab desvíanse do modelo normalizado (Standard Model) da Física de partículas, confirmando indicios anteriores do Laboratorio Nacional de Brookhaven (EEUU).^[3]