Partícula puntual

Una partícula puntual , partícula ideal ^{[ 1 ]} o partícula puntual (o partícula de tipo puntual ) es una idealización utilizada en física . Su característica definitoria es una extensión espacial insignificante ^{[ 2 ]} o un cuerpo cuya propia rotación es irrelevante. ^{[ 3 ]} Una partícula puntual es una representación apropiada de cualquier objeto cuando su tamaño, forma y estructura son irrelevantes en un contexto dado. Por ejemplo, desde una distancia suficiente, cualquier objeto de tamaño finito se verá y se comportará como un objeto de tipo puntual. Las masas puntuales y las cargas puntuales son dos casos comunes. Cuando una partícula puntual tiene una propiedad aditiva, como masa o carga, a menudo se representa matemáticamente mediante una función delta de Dirac . En mecánica clásica, generalmente no existe el concepto de rotación de partículas puntuales alrededor de su "centro".

En mecánica cuántica , el concepto de partícula puntual se complica por el principio de incertidumbre de Heisenberg , ya que incluso una partícula elemental , sin estructura interna conocida, ocupa un volumen distinto de cero. No obstante, existe una distinción entre partículas elementales como electrones o quarks , que no tienen estructura interna conocida, y partículas compuestas como protones y neutrones, cuyas estructuras internas están formadas por quarks. A las partículas elementales se las denomina a veces «partículas puntuales» en referencia a su falta de estructura interna conocida, pero esto difiere del sentido que se aborda aquí.

La masa puntual (o masa puntual ) es el concepto, por ejemplo en la física clásica , de un objeto físico (típicamente materia ) que tiene masa distinta de cero, pero que explícitamente y específicamente es (o se considera o modela como) infinitesimal (infinitamente pequeño) en su volumen o dimensiones lineales . En la teoría de la gravedad , los objetos extendidos pueden comportarse como masas puntuales incluso en su proximidad inmediata. Por ejemplo, los objetos esféricos que interactúan en el espacio tridimensional , cuyas interacciones se describen mediante la gravitación newtoniana , se comportan, siempre que no se toquen entre sí, como si toda su materia estuviera concentrada en sus centros de masa . ^{[ 4 ]} De hecho, esto es cierto para todos los campos descritos por una ley del inverso del cuadrado . ^{[ 5 ] [ 6 ]}

En electromagnetismo , unUna carga puntual es una partícula puntual con unacarga eléctrica. ^{[ 7 ]} También puede definirse como un cuerpo cargado oportador de cargacuyo diámetro efectivo es mucho menor que la distancia a otro objeto cargado. ^{[ 8 ]} La ecuaciónfundamentaldela electrostáticaesla ley de Coulomb, que describe la fuerza eléctrica entre dos cargas puntuales. Otro resultado,el teorema de Earnshaw, establece que un conjunto de cargas puntuales no puede mantenerse en unade equilibrioúnicamente mediante la interacción electrostática de las cargas. Elcampo eléctricoasociado a una carga puntual clásica aumenta hasta el infinito a medida que la distancia a la carga puntual disminuye hacia cero, lo que indica que el modelo deja de ser preciso en este límite.

En mecánica cuántica , se distingue entre una partícula elemental (también llamada "partícula puntual") y una partícula compuesta . Una partícula elemental, como un electrón , un quark o un fotón , es una partícula sin estructura interna conocida. En cambio, una partícula compuesta, como un protón o un neutrón , sí tiene estructura interna. Sin embargo, ni las partículas elementales ni las compuestas están localizadas espacialmente, debido al principio de incertidumbre de Heisenberg . El paquete de ondas de la partícula siempre ocupa un volumen distinto de cero. Por ejemplo, véase orbital atómico : el electrón es una partícula elemental, pero sus estados cuánticos forman patrones tridimensionales.

Sin embargo, existe una buena razón por la que a menudo se denomina partícula puntual a una partícula elemental. Incluso si una partícula elemental posee un paquete de ondas deslocalizado, este puede representarse como una superposición cuántica de estados cuánticos en la que la partícula se encuentra exactamente localizada. Además, las interacciones de la partícula pueden representarse como una superposición de interacciones de estados individuales localizados. Esto no se aplica a una partícula compuesta, que jamás puede representarse como una superposición de estados cuánticos exactamente localizados. Es en este sentido que los físicos pueden hablar del "tamaño" intrínseco de una partícula: el tamaño de su estructura interna, no el de su paquete de ondas.

Por ejemplo, para el electrón, la evidencia experimental muestra que el tamaño de un electrón es menor que10 ⁻¹⁸  m . ^{[ 9 ]} (Esto no debe confundirse con el radio clásico del electrón , que, a pesar del nombre, no está relacionado con el tamaño real de un electrón.)

• Partícula de prueba
• Brana
• Carga (física) (concepto general, no limitado a la carga eléctrica )
• Modelo estándar de la física de partículas
• Dualidad onda-partícula

• Cornish, FHJ (1965). "Teoría clásica de la radiación y cargas puntuales". Actas de la Sociedad Física . 86 (3): 427– 442. Bibcode : 1965PPS....86..427C . doi : 10.1088/0370-1328/86/3/301 .
• Jefimenko, Oleg D. (1994). "Cálculo directo de los campos eléctrico y magnético de una carga puntual eléctrica que se mueve con velocidad constante". American Journal of Physics . 62 (1): 79– 85. Bibcode : 1994AmJPh..62...79J . doi : 10.1119/1.17716 .

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