Las partículas elementales están vinculadas a la noción histórica de la constitución fundamental de la materia, que es un tema que ha instigado a pensadores y filósofos durante mucho tiempo.
Ya en el siglo V, el griego Demócrito especulaba sobre la posible existencia de una partícula elemental, que estaría intacta como la última parte de un cuerpo que ya ha pasado por sucesivas divisiones. Demócrito dividió tal partícula por átomos que la palabra griega para “indivisible” y sentó las bases para la respuesta La indignación milenaria de que se hace mundo.
Las divisiones y sus subdivisiones
Han pasado más de 2000 años entre la especulación griega y las pruebas físicas científicas. Los hechos no aparecieron hasta 1803, con el trabajo experimental de John Dalton, el primero en demostrar que la materia estaba compuesta ilimitadamente de átomos y en proponer un modelo atómico.
La idea del átomo como partícula elemental, sin embargo, resultó ser efímera. El descubrimiento de partículas aún más importantes, una cuestión de tiempo, según la investigación científica, alcanzó escalas cada vez más pequeñas en el estudio de la materia.
En 1897, Joseph Thomson descubrió una partícula de carga eléctrica negativa contenida, lo que demuestra que el átomo es también una partícula compuesta.
A principios del siglo XX, Ernest Rutherford descubrió el núcleo atómico, una región de carga eléctrica positiva superconcentrada dentro del átomo, alrededor de la cual orbitan los electrones, dando así lugar al actual modelo de estructura atómica.
Rutherford identificó el protón en 1920. Más tarde, en 1932, James confirmó la presencia de una partícula de carga eléctrica nula, el neutrón, en el núcleo del átomo. Así se denominaron las principales partículas subatómicas: electrones, protones y neutrones.
Las partículas elementales
El advenimiento de la física cuántica introdujo el fotón como el mediador de partículas elementales de las interacciones electromagnéticas. Esta teoría de los elementos químicos llevó a la proposición del neutrino, una partícula elemental sin carga eléctrica de una masa tan pequeña como la de un electrón.
La formulación de la mecánica cuántica relativista dio como resultado la conclusión de que cada partícula tiene una antepartícula correspondiente con propiedades distintas de la partícula original. En los años 30, se entendía que el mundo estaba formado por electrones, protones, neutrones, neutrinos, y su determinado antes de las partículas y los fotones.
En los próximos años, los electrones de neutrinos se reunirían en una clase llamada leptones, en la que se descubrieron cuatro partículas más. Los fotones se incluyeron en la clase de partículas, junto con otras predicciones teóricas.
En cuanto a los protones y neutrones, se descubrió que tampoco eran elementales: se formaron a partir de quarks, partículas de carga eléctrica fraccionada descubiertas en los años 60 por el físico contemporáneo Murray Gell-mann.
El Modelo Estándar
Este estudio de las divisiones de la materia a lo largo del siglo XX dio como resultado la construcción del Modelo Estándar, una corriente teórica predominante en la física de partículas desde 1978. Según el modelo, toda la materia se crea a partir de dos tipos de partículas elementales: los constituyentes, llamados ferrmiones, y los mediadores llamados bosones.
Los fermiones comprenden leptones y quarks, de los cuales hay 12 y 36, respectivamente. Los bosones, a su vez, se calculan en dos partículas, incluyendo el fotón.
Teniendo en cuenta el gran número de partículas elementales involucradas, no hubo ningún experimento que contradijera las predicciones del modelo estándar hasta entonces. La cantidad, sin embargo, lleva a muchos físicos a preguntarse si este es, de hecho, el modelo más elemental de la constitución del mundo, manteniendo viva la constante investigación sobre la existencia de subdivisiones cada vez más pequeñas para ser estudiadas dentro del mismo modelo.
Así, la importancia de las partículas elementales para la evolución y el desarrollo de la física y la comprensión de nuestro propio planeta puede afirmarse con total certeza. También sirve como modelo para la comprensión de la evolución científica a lo largo del tiempo, y la siempre importante práctica de cuestionar y buscar más información a lo largo del tiempo.