Lista de partículas

Los fermiones son una de las dos clases fundamentales de partículas, siendo la otra los bosones . Las partículas fermiónicas se describen mediante la estadística de Fermi-Dirac y poseen números cuánticos regidos por el principio de exclusión de Pauli . Incluyen los quarks y los leptones , así como cualquier partícula compuesta por un número impar de estos, como todos los bariones y muchos átomos y núcleos.

Los fermiones tienen espín semientero; para todos los fermiones elementales conocidos, este es ⁠ 1 / 2 ⁠ ħ . Todos los fermiones conocidos, excepto los neutrinos , son también fermiones de Dirac ; es decir, cada fermión conocido tiene su propia antipartícula distinta . No se sabe si el neutrino es un fermión de Dirac o un fermión de Majorana . ^{[ 4 ]} Los fermiones son los bloques de construcción básicos de toda la materia . Se clasifican según si interactúan a través de la interacción fuerte o no. En el Modelo Estándar, hay 12 tipos de fermiones elementales: seis quarks y seis leptones .

Los bosones son una de las dos partículas fundamentales con espín entero, siendo la otra los fermiones . Se caracterizan por la estadística de Bose-Einstein y todos tienen espín entero. Los bosones pueden ser elementales, como los fotones y los gluones , o compuestos, como los mesones .

Según el Modelo Estándar , los bosones elementales son:

El bosón de Higgs es postulado por la teoría electrodébil principalmente para explicar el origen de las masas de las partículas . En un proceso conocido como el " mecanismo de Higgs ", el bosón de Higgs y los demás bosones de gauge en el Modelo Estándar adquieren masa a través de la ruptura espontánea de la simetría de gauge SU(2). El Modelo Estándar Supersimétrico Mínimo (MSSM) predice varios bosones de Higgs. El 4 de julio de 2012, se descubrió una nueva partícula con una masa entre^{Se anunció la existencia de una partícula} de 125 y 127  GeV/ c² ; los físicos sospecharon que se trataba del bosón de Higgs. Desde entonces, se ha demostrado que la partícula se comporta, interactúa y decae de muchas de las maneras predichas para las partículas de Higgs por el Modelo Estándar, además de tener paridad par y espín cero, dos atributos fundamentales de un bosón de Higgs. Esto también significa que es la primera partícula escalar elemental descubierta en la naturaleza.

Los bosones elementales responsables de las cuatro fuerzas fundamentales de la naturaleza se denominan partículas de fuerza ( bosones de gauge ). La interacción fuerte está mediada por el gluón , la interacción débil por los bosones W y Z, el electromagnetismo por el fotón y la gravedad por el gravitón, que aún es hipotético.

Los hadrones se definen como partículas compuestas que interactúan fuertemente . Los hadrones son:

• Fermiones compuestos (especialmente de 3 quarks), en cuyo caso se denominan bariones .
• Bosones compuestos (especialmente 2 quarks), en cuyo caso se denominan mesones .

Los modelos de quarks , propuestos por primera vez en 1964 de forma independiente por Murray Gell-Mann y George Zweig (quienes denominaron a los quarks "ases"), describen los hadrones conocidos como compuestos de quarks y/o antiquarks de valencia, fuertemente ligados por la fuerza de color , mediada por gluones . (La interacción entre quarks y gluones se describe mediante la teoría de la cromodinámica cuántica ). En cada hadrón también está presente un "mar" de pares virtuales de quark-antiquark.

Bariones

Los bariones ordinarios ( fermiones compuestos ) contienen tres quarks de valencia o tres antiquarks de valencia cada uno.

• Los nucleones son los constituyentes fermiónicos de los núcleos atómicos normales:
  • Protones , compuestos por dos quarks arriba y uno abajo (uud).
  • Neutrones , compuestos por dos quarks down y un quark up (ddu).
• Los hiperones , como las partículas Λ, Σ, Ξ y Ω, que contienen uno o más quarks extraños , son de corta duración y más pesados ​​que los nucleones. Aunque normalmente no están presentes en los núcleos atómicos, pueden aparecer en hipernúcleos de corta duración .
• También se han observado varios bariones encantados y de fondo .
• Los pentaquarks constan de cuatro quarks de valencia y un antiquark de valencia.
• También podrían existir otros bariones exóticos .

Mesones

Los mesones ordinarios están formados por un quark de valencia y un antiquark de valencia . Debido a que los mesones tienen espín entero (0 o 1) y no son partículas elementales, se clasifican como bosones "compuestos" , aunque estén formados por fermiones elementales . Ejemplos de mesones son el pión , el kaón y el J/ψ . En hadrodinámica cuántica , los mesones median la fuerza fuerte residual entre nucleones.

En algún momento, se han reportado señales positivas para todos los siguientes mesones exóticos , pero su existencia aún no ha sido confirmada.

• Un tetraquark consta de dos quarks de valencia y dos antiquarks de valencia;
• Una bola de gluones es un estado ligado de gluones sin quarks de valencia;
• Los mesones híbridos constan de uno o más pares quark-antiquark de valencia y uno o más gluones reales.

Los núcleos atómicos suelen estar formados por protones y neutrones, aunque los núcleos exóticos pueden contener otros bariones, como el hipertritón , que incluye un hiperón . Estos bariones (protones, neutrones, hiperones, etc.) que componen el núcleo se denominan nucleones. Cada tipo de núcleo se llama nucleido , y cada nucleido se define por la cantidad específica de cada tipo de nucleón.

• Los " isótopos " son nucleidos que tienen el mismo número de protones pero diferente número de neutrones.
• Por el contrario, los " isótonos " son nucleidos que tienen el mismo número de neutrones pero diferente número de protones.
• Los isóbaros son nucleidos que tienen el mismo número total de nucleones, pero que difieren en la cantidad de cada tipo de nucleón. Las reacciones nucleares pueden transformar un nucleido en otro.

Los átomos son las partículas neutras más pequeñas en las que se puede dividir la materia mediante reacciones químicas . Un átomo consta de un núcleo pequeño y pesado rodeado por una nube de electrones relativamente grande y ligera. Un núcleo atómico consta de uno o más protones y cero o más neutrones. Los protones y neutrones, a su vez, están formados por quarks. Cada tipo de átomo corresponde a un elemento químico específico . Hasta la fecha, se han descubierto o creado 118 elementos.

Los átomos exóticos pueden estar compuestos de partículas además de, o en lugar de, protones, neutrones y electrones, como hiperones o muones. Ejemplos incluyen el pionio ( π ⁻ π ⁺) y átomos de quarkonio .

Las moléculas son las partículas más pequeñas en las que se puede dividir una sustancia manteniendo sus propiedades químicas. Cada tipo de molécula corresponde a una sustancia química específica . Una molécula es un compuesto de dos o más átomos. Los átomos se combinan en una proporción fija para formar una molécula. La molécula es una de las unidades más básicas de la materia.

Los iones son átomos cargados ( iones monoatómicos ) o moléculas ( iones poliatómicos ). Incluyen cationes, que tienen una carga neta positiva, y aniones, que tienen una carga neta negativa.

• Los bosones de Goldstone son una excitación sin masa de un campo que se ha roto espontáneamente . Los piones son cuasi-bosones de Goldstone (cuasi- porque no son exactamente sin masa) de la simetría de isospín quiral rota de la cromodinámica cuántica .
• Partón es un término genérico acuñado por Feynman para referirse a las subpartículas que componen una partícula compuesta, en aquel entonces un barión; por lo tanto, originalmente se refería a lo que ahora se denomina " quarks " y " gluones ".
• El odderón , una partícula compuesta por un número impar de gluones, fue detectado en 2021.

El gravitón es una partícula hipotética que se ha incluido en algunas extensiones del Modelo Estándar para mediar la fuerza gravitatoria . Pertenece a una categoría peculiar entre las partículas conocidas e hipotéticas: como partícula no observada que no está predicha por el Modelo Estándar ni es necesaria para él, se incluye en la tabla de partículas hipotéticas. Pero la fuerza gravitatoria en sí misma es una certeza, y expresar esa fuerza conocida en el marco de una teoría cuántica de campos requiere un bosón que la medie.

Si existe, se espera que el gravitón sea sin masa, ya que la fuerza gravitatoria tiene un alcance muy largo y parece propagarse a la velocidad de la luz. El gravitón debe ser un bosón de espín -2 porque la fuente de la gravitación es el tensor energía-impulso , un tensor de segundo orden (en comparación con el fotón de espín -1 del electromagnetismo , cuya fuente es la cuadricorriente , un tensor de primer orden). Además, se puede demostrar que cualquier campo de espín -2 sin masa daría lugar a una fuerza indistinguible de la gravitación, porque un campo de espín -2 sin masa se acoplaría al tensor energía-impulso de la misma manera que lo hacen las interacciones gravitatorias. Este resultado sugiere que, si se descubre una partícula de espín -2 sin masa, debe ser el gravitón. ^{[ 12 ]}

Se han propuesto muchos candidatos a partículas hipotéticas para la materia oscura, como las partículas masivas de interacción débil (WIMP), las partículas delgadas de interacción débil (WISP) o las partículas de interacción débil (FIP).

Entre los candidatos a partículas hipotéticas para explicar la energía oscura se incluyen la partícula camaleón y el acelerón .