Lista de partículas

Esta es una lista de partículas conocidas e hipotéticas.

Las partículas elementales son partículas sin estructura interna medible; es decir, se desconoce si están compuestas de otras partículas. ^[1] Son los objetos fundamentales de la teoría cuántica de campos . Existen muchas familias y subfamilias de partículas elementales. Las partículas elementales se clasifican según su espín . Los fermiones tienen espín semientero mientras que los bosones tienen espín entero. Todas las partículas del Modelo Estándar han sido observadas experimentalmente, incluido el bosón de Higgs en 2012. ^{[2] [3]} Se han propuesto muchas otras partículas elementales hipotéticas, como el gravitón , pero no se han observado experimentalmente.

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

Los fermiones tienen un espín semientero; para todos los fermiones elementales conocidos esto es1/2⁠ . Todos los fermiones conocidos, excepto los neutrinos , también son 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 básicos de construcción 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 quarks son los componentes fundamentales de los hadrones e interactúan a través de la fuerza fuerte . Los quarks son los únicos portadores conocidos de carga fraccionaria , pero debido a que se combinan en grupos de tres quarks (bariones) o en pares de un quark y un antiquark (mesones), solo se observa carga entera en la naturaleza. Sus respectivas antipartículas son los antiquarks , que son idénticos excepto que llevan la carga eléctrica opuesta (por ejemplo, el quark up lleva carga +2/3⁠ , mientras que el antiquark arriba lleva carga − ⁠2/3) , carga de color y número bariónico. Hay seis tipos de quarks; los tres quarks con carga positiva se denominan "quarks de tipo up", mientras que los tres quarks con carga negativa se denominan "quarks de tipo down".

Los leptones no interactúan a través de la interacción fuerte . Sus respectivas antipartículas son los antileptones , que son idénticos, excepto que llevan la carga eléctrica y el número leptónico opuestos. La antipartícula de un electrón es un antielectrón, que casi siempre se llama " positrón " por razones históricas. Hay seis leptones en total; los tres leptones cargados se llaman "leptones similares a electrones", mientras que los leptones neutros se llaman " neutrinos ". Se sabe que los neutrinos oscilan , de modo que los neutrinos de sabor definido no tienen masa definida: en cambio, existen en una superposición de estados propios de masa . El hipotético neutrino pesado diestro, llamado " neutrino estéril ", se ha omitido.

Los bosones son una de las dos partículas fundamentales que tienen clases de espín entero de partículas, siendo la otra los fermiones . Los bosones se caracterizan por las estadísticas de Bose-Einstein y todos tienen espines enteros. 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 otros bosones de norma del Modelo Estándar adquieren masa a través de la ruptura espontánea de la simetría de norma SU(2). El Modelo Estándar Supersimétrico Mínimo (MSSM) predice varios bosones de Higgs. El 4 de julio de 2012, el descubrimiento de una nueva partícula con una masa entreSe anunció la existencia de 125 y 127 GeV/ c ² ; los físicos sospecharon que se trataba del bosón de Higgs. Desde entonces, se ha demostrado que la partícula se comporta, interactúa y se desintegra de muchas de las formas 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 está mediada por los bosones W y Z.

El gravitón es una partícula hipotética que se ha incluido en algunas extensiones del modelo estándar para mediar la fuerza gravitatoria . Se encuentra en una categoría peculiar entre partículas conocidas e hipotéticas: como partícula no observada que no es predicha por el modelo estándar ni requerida por él, pertenece a la tabla de partículas hipotéticas que aparece a continuación. 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 para mediarla.

Si existe, se espera que el gravitón no tenga masa porque la fuerza gravitacional 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 gravitación es el tensor de tensión-energía , un tensor de segundo orden (comparado con el fotón de espín 1 del electromagnetismo , cuya fuente es la corriente de cuatro , 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 de tensión-energía de la misma manera que lo hacen las interacciones gravitacionales. Este resultado sugiere que, si se descubre una partícula de espín 2 sin masa, debe ser el gravitón. ^[12]

Las teorías supersimétricas predicen la existencia de más partículas, ninguna de las cuales ha sido confirmada experimentalmente.

Así como el fotón, el bosón Z y los bosones W ^±  son superposiciones de los campos B ⁰ , W ⁰ , W ¹ y W ^{2 , el fotino, el zino y el wino ±} son superposiciones de los bino ⁰ , wino ⁰ , wino ¹ y wino ² . No importa si uno usa los gauginos originales o estas superposiciones como base, las únicas partículas físicas predichas son los neutralinos y los charginos como una superposición de ellos junto con los Higgsinos.

Otras teorías predicen la existencia de bosones y fermiones elementales adicionales, y algunas teorías también postulan supercompañeros adicionales para estas partículas:

• Los dobletes de Higgs son hipótesis planteadas por algunas teorías de la física más allá del modelo estándar .
• Algunos modelos de dimensiones extra predicen torres de partículas de Kaluza-Klein. El momento extradimensional se manifiesta como masa adicional en el espacio-tiempo de cuatro dimensiones.
• Los leptoquarks son bosones que llevan números de bariones y leptones predichos por varias extensiones del Modelo Estándar, como las teorías tecnicolor .
• Las partículas espejo se predicen mediante teorías que restauran la simetría de paridad .
• " Monopolo magnético " es un nombre genérico para partículas con carga magnética distinta de cero. Algunas teorías cuánticas de la materia predicen su existencia.
• Se sugirió que los preones eran subpartículas de quarks y leptones, pero los experimentos de colisionadores modernos prácticamente han descartado su existencia.

Las partículas compuestas son estados ligados de partículas elementales.

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 de 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 llamaron a los quarks "ases"), describen los hadrones conocidos como compuestos de quarks de valencia y/o antiquarks, estrechamente unidos por la fuerza del color , que está mediada por gluones . (La interacción entre quarks y gluones se describe mediante la teoría de la cromodinámica cuántica ). También está presente un "mar" de pares virtuales de quarks y antiquarks en cada hadrón.

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

• Los nucleones son los componentes fermiónicos de los núcleos atómicos normales:
  • Protones , compuestos por dos quarks up y uno down (uud)
  • Neutrones , compuestos por dos quarks down y uno up (ddu)
• Los hiperones , como las partículas Λ, Σ, Ξ y Ω, que contienen uno o más quarks extraños , tienen una vida corta y son más pesados ​​que los nucleones. Aunque normalmente no están presentes en los núcleos atómicos, pueden aparecer en hipernúcleos de vida corta .
• 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 .

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

En algún momento u otro, se han informado firmas positivas para todos los siguientes mesones exóticos, pero aún no se ha confirmado su existencia.

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

Los núcleos atómicos suelen estar compuestos de protones y neutrones, aunque los núcleos exóticos pueden estar compuestos de otros bariones, como el hipertritón , que contiene un hiperón . Estos bariones (protones, neutrones, hiperones, etc.) que componen el núcleo se denominan nucleones. Cada tipo de núcleo se denomina " nucleido ", y cada nucleido se define por el número específico 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.
• Las " isóbaras " son nucleidos que tienen el mismo número total de nucleones pero que difieren en el número 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 está formado por un núcleo pequeño y pesado rodeado de una nube de electrones relativamente grande y ligera. Un núcleo atómico está formado por 1 o más protones y 0 o más neutrones. Los protones y neutrones están formados, a su vez, 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 protones, neutrones y electrones o en lugar de ellos, como hiperones o muones. Algunos ejemplos incluyen el pionio (
π⁻
 
π⁺
) y átomos de quarkonium .

Los átomos leptónicos, denominados con el símbolo - onio , son átomos exóticos constituidos por el estado ligado de un leptón y un antileptón. Entre los ejemplos de estos átomos se incluyen el positronio (
mi⁻
 
mi⁺
), muonio (
mi⁻
 
micras⁺
) y " muonio verdadero " (
micras⁻
 
micras⁺
). De éstos, el positronio y el muonio se han observado experimentalmente, mientras que el "verdadero muonio" sigue siendo sólo teórico.

Las moléculas son las partículas más pequeñas en las que se puede dividir una sustancia manteniendo las propiedades químicas de la misma. 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.

Las cuasipartículas son partículas efectivas que existen en muchos sistemas de partículas. Las ecuaciones de campo de la física de la materia condensada son notablemente similares a las de la física de partículas de alta energía. Como resultado, gran parte de la teoría de la física de partículas se aplica también a la física de la materia condensada; en particular, existe una selección de excitaciones de campo, llamadas cuasipartículas , que se pueden crear y explorar. Entre ellas se incluyen:

• Los anyones son una generalización de los fermiones y bosones en sistemas bidimensionales como láminas de grafeno que obedecen a la estadística de trenza .
• Las dislonas son excitaciones colectivas localizadas de una dislocación cristalina alrededor del desplazamiento estático.
• Los excitones son estados ligados de un electrón y un hueco .
• Los hopfiones son solitones topológicos que son la contraparte tridimensional del skyrmion.
• Los magnones son excitaciones coherentes de los espines de los electrones en un material.
• Los fonones son modos vibracionales en una red cristalina .
• Los plasmones son excitaciones coherentes de un plasma .
• Los plektones son un tipo teórico de partículas que se discuten como una generalización de las estadísticas de trenza del anyon a más de dos dimensiones.
• Los polaritones son mezclas de fotones con otras cuasipartículas.
• Los polarones son partículas móviles y cargadas (cuasi-) que están rodeadas de iones en un material.
• Los skyrmions son una solución topológica del campo de piones , utilizada para modelar las propiedades de baja energía del nucleón , como el acoplamiento de corriente vectorial axial y la masa.

Las siguientes categorías no son únicas ni distintas: por ejemplo, un WIMP o un WISP también es un FIP .

• Una WIMP (partícula masiva de interacción débil) es cualquiera de varias partículas que podrían explicar la materia oscura (como el neutralino o el neutrino estéril ).
• Una WISP (partícula delgada de interacción débil) es cualquiera de varias partículas de baja masa que podrían explicar la materia oscura (como el axión ).
• Una GIMP (partícula masiva que interactúa gravitacionalmente) es una partícula que proporciona una explicación alternativa de la materia oscura, en lugar de la WIMP antes mencionada.
• Una SIMP (partícula masiva de interacción fuerte) es una partícula que interactúa fuertemente entre sí y débilmente con la materia ordinaria y podría formar materia oscura.
• Una SMP (partícula masiva estable) es una partícula que tiene una vida larga y una masa apreciable que podría ser materia oscura.
• Una FIP (partícula de interacción débil) es una partícula que interactúa muy débilmente con la materia convencional y podría explicar la materia oscura.
• Una LSP ( partícula supersimétrica más ligera ) es una partícula que se encuentra en los modelos supersimétricos como contendiente de las WIMP.

• Partícula camaleón, posible candidata para la energía oscura
• Partícula acelerona, otro candidato para la energía oscura

• Un bradión (o tardión) viaja más lento que la velocidad de la luz en el vacío y tiene una masa en reposo real distinta de cero .
• Un luxón viaja tan rápido como la luz en el vacío y no tiene masa en reposo.
• Un taquión es una partícula hipotética que viaja más rápido que la velocidad de la luz , por lo que, paradójicamente, experimentaría el tiempo al revés (debido a la inversión de la teoría de la relatividad ) y violaría las leyes conocidas de causalidad . Un taquión tiene una masa en reposo imaginaria .

• Calorones , generalización de instantones a temperatura finita.
• Los diones son partículas hipotéticas con cargas tanto eléctricas como magnéticas.
• Los geones son ondas electromagnéticas o gravitacionales que se mantienen unidas en una región confinada por la atracción gravitatoria de su propio campo de energía.
• 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 .
• Los goldstinos son fermiones producidos por la ruptura espontánea de la supersimetría ; son la contraparte supersimétrica de los bosones de Goldstone.
• Los esfalerones son una configuración de campo que es un punto de silla de las ecuaciones de campo de Yang-Mills . Los esfalerones se utilizan en cálculos no perturbativos de tasas sin efecto túnel.
• Instantones , una configuración de campo que es un mínimo local de la ecuación de campo de Yang-Mills. Los instantones se utilizan en cálculos no perturbativos de tasas de tunelización.
• Meron , una configuración de campo que es una solución no autodual de la ecuación de campo de Yang-Mills. Se cree que el instantón está compuesto por dos merones.
• Parton es un término genérico acuñado por Feynman para las subpartículas que forman una partícula compuesta –en aquel momento un barión–, por lo que originalmente se refería a lo que ahora se llama “ quarks ” y “ gluones ”.
• Pomerones , utilizados para explicar la dispersión elástica de los hadrones y la ubicación de los polos de Regge en la teoría de Regge . Un equivalente de los odderons.
• Odderon , una partícula compuesta por un número impar de gluones, detectada en 2021. Una contraparte de los pomerons.
• Las partículas minicargadas son partículas subatómicas hipotéticas cargadas con una pequeña fracción de la carga del electrón.
• Las partículas de espín continuo son partículas hipotéticas sin masa relacionadas con la clasificación de las representaciones del grupo de Poincaré.