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¿Hay partículas indivisibles?

En física de partículas no solemos hablar directamente de indivisibilidad sino que hablamos de partículas fundamentales o elementales

particulas elementales
Registro del CMS que pudiera ser la firma de la partícula de Higgs. afp

La respuesta en realidad es muy simple porque nosotros a día de hoy sí que conocemos partículas indivisibles. Pero si filosofamos un poco habría que definir qué significa indivisible. ¿Significa que no se pueden romper o que carecen de estructura interna? En física de partículas no solemos hablar directamente de indivisibilidad sino que hablamos de partículas fundamentales o elementales. Para nosotros son partículas fundamentales aquellas en las que a día de hoy, es decir, con el rango de energías que tenemos en este momento, no se ha observado ninguna estructura interna, o lo que es lo mismo, no están compuestas por otras partículas más pequeñas. Eso son partículas fundamentales y serían, por ejemplo, el electrón y otros leptones o los quarks.

Esto que te explico es lo que hemos podido observar hasta el momento con el rango de energías de las que disponemos. Por ejemplo, en aceleradores de partículas como el LHC (Large Hadron Collider) donde yo trabajo, usamos órdenes de energía de teraelectronvoltios, es decir un billón de electronvoltios. Un electronvoltio (eV) es una unidad que correspondería a la energía necesaria para mover un electrón dentro de una diferencia de potencial de un voltio. Estaríamos hablando de cantidades de energía que traducido a longitudes de onda son del orden de 10-18 metros. Es decir podemos detectar algo tan pequeño como eso, 10-18 metros, que realmente es tan pequeño que está dentro de la escala subatómica.

Con estas energías tan altas lo que hacemos en el acelerador de partículas es colisionar haces de protones, estos haces de protones son partículas que no son fundamentales porque están constituidas por otras partículas, los quarks que son los que al final colisionan entre sí. Podríamos decir que con nuestro “microscopio electrónico de protones” en el LHC y los rangos de longitud de onda de los que podemos disponer en este momento no nos permiten observar una estructura interna de lo que para nosotros son las partículas elementales o indivisibles. Eso es lo que estudiamos, a lo que llamamos el modelo estándar de física de partículas que explica las partículas fundamentales y sus interacciones.

El porqué de la importancia de la partícula de Higgs. 

Hasta el momento sí hay una serie de partículas indivisibles que son estos electrones y quarks que están divididos en tres familias y que curiosamente no tenemos ni idea de por qué son tres. Además hay mucha variedad de masas pero solo la primera familia de estas partículas, los electrones, los quarks up y los quarks down son los que forman la materia ordinaria, es decir la materia de la que está hecho todo lo que conocemos. El resto de partículas indivisibles que hemos detectado, como los muones y otro tipo de quarks, tienen que ser creados en el laboratorio o a raíz de rayos cósmicos que atraviesan la atmósfera y dejan este tipo de muones o de partículas que nos llegan a nosotros.

Esto es lo que conocemos a día de hoy. Pero las personas que investigamos en física de partículas tenemos la puerta abierta a que cuando aumentemos el rango de energías que utilizamos pueda descubrirse que estas que ahora consideramos indivisibles o fundamentales no lo son en realidad sino que estén compuestas por otras que todavía no podemos observar porque no contamos con la energía suficiente. No lo sabemos. Pero igual que en el siglo XIX se pensaba que el átomo era indivisible, nosotros ahora pensamos que el electrón y los quarks lo son también, aunque no podemos estar completamente seguros.

Bárbara Álvarez González es doctora en Física Experimental de Partículas e investigadora en la Universidad de Oviedo e ICTEA (Instituto de Ciencias y Tecnologías Espaciales de Asturias).

Pregunta enviada vía email por Nelson Gilberto López Eyzaguirre

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