¿Cuál es la partícula más pequeña del universo?

¿Cuál es la partícula más pequeña del universo?

Por Gayoung Lee editado por Lee Billings

Olvídate de las tortugas; Para todos los efectos prácticos, realmente es partículas hasta el fondo.

Ya sea como los protones y neutrones que Ayuda a formar elementos químicoslos fotones que nosotros percibir como luz o incluso los flujos de electrones que alimentan Nuestros teléfonos inteligentesLas partículas subatómicas constituyen esencialmente todo lo que cualquiera de nosotros experimentará. Irónicamente, sin embargo, debido a que son tan minúsculas, las partículas que sustentan nuestra realidad cotidiana tienden a escapar de nuestro aviso y nuestra comprensión.

Considere la cuestión aparentemente simple de su tamaño, lo que los hace tan ajenos. Por lo general, se nos enseña a imaginar todas y cada una de las partículas como esferas pequeñas y coloridas, como si fueran cosas sólidas en las que podríamos poner una regla para determinar sus dimensiones como lo haríamos para cualquier otro objeto físico en el mundo. Pero las partículas subatómicas en realidad no se ven así en absoluto. Y aunque, para las partículas más grandes, hay formas de medir el “tamaño” en un sentido muy general, para aquellos que son más pequeños y aparentemente más “fundamentales”, el concepto de tamaño en sí es tan resbaladizo que casi no tiene sentido.

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Aún así, si las consultas de Google son una guía, la gente realmente quiere saber “¿Cuál es la partícula más pequeña del universo?” No importa que la mejor pregunta pueda ser “¿Hay algún punto en hacer?”

Lo primero es lo primero

“Hay muchos significados para ‘pequeño'”, dice Janet Conradun físico de partículas en el Instituto de Tecnología de Massachusetts. “Como, podría decir que una bola de algodón es ‘pequeña’ porque es muy ligera. O podría decir que una pequeña bola de metal es ‘pequeña’ porque su radio es muy pequeño, pero pesaría mucho más que la bola de algodón”.

El punto de Conrad es que hay una diferencia categórica entre un partícula que es “más pequeña” en masa y una partícula que es “más pequeña” de diámetro. También hay otra diferencia categórica importante que explicar, una distinción funcional entre dos clases diferentes de partículas: fermiones, o partículas de “materia” como protones o electrones que comprenden todo en el universo, y bosones, o partículas “portador” como fotones que entregan fuerzas entre fermiones.

Y lo más fundamental, existe la cuestión de las llamadas partículas fundamentales, que se distinguen de las aparentemente no fundamentales. Ya sea un fermion o un bosón, los físicos consideran una partícula “fundamental” si no se puede desglosar más con ninguna tecnología disponible actualmente. En ese sentido, algunas partículas relativamente conocidas, como los protones, no son partículas fundamentales; Si golpeas un protón con una cierta cantidad de fuerza, estallará en quarks, que son considerado como fundamental.

Entonces, en términos de tamaño físico, probablemente pensaría que las partículas fundamentales serían “más pequeñas” que las no fundamentales. Pero ahí es donde las cosas se ponen realmente complicadas, dice Juan Pedro Ocho-Ricouxun físico de partículas en la Universidad de California, Irvine. De acuerdo a El modelo estándar de física de partículasque incorpora todas las partículas y fuerzas conocidas además de la gravedad para hacer predicciones físicas ridículamente precisas, todas las partículas fundamentales no tengo tamaño en absoluto. Es decir, preguntar si uno es más grande o más pequeño que otro es una pregunta sin sentido, similar a preguntarse qué está al norte de “arriba” o tratar de dividirse por cero.

Dimensionar la aleatoriedad?

“[Fundamental particles] son puntos euclidianos “, explica Ochoa-raicoux.” Ni siquiera son unidimensionales. Pensamos en ellos como como [zero-dimensional] agujas [that] no tengo una posición determinada. Y así, en lugar de pensar en los electrones como pequeñas bolas que rodean un núcleo atómico, en realidad, deberíamos pensar en ellas como una nube [of probabilities]. “

Todas las partículas fundamentales parecen ser de esta manera, sin mostrar signos de estructura interna más profunda, agrega Conrad. “Seguimos probando para ver si hay alguna extensión espacial asociada con ellos”, dice ella, “pero no vemos ninguna evidencia de que haya algo dentro de estas partículas”.

A los físicos les gusta eludir esta incertidumbre, dice Ocho-raicoux, haciendo algunos cálculos inversos utilizando la famosa ecuación de Albert Einstein mi = mc²que cuantifica la equivalencia entre energía y masa. Específicamente, tales cálculos generalmente involucran el voltio de electron (EV), una unidad de energía para la cual 1 EV representa la carga de un electrón. El uso de la ecuación de Einstein para convertir este valor en masa revela que el electrón efectivamente pesa alrededor de 0.51 megacollos-electrones por velocidad de luz cuadrada (0.51 MeV/c²) —Ase, alrededor de 9.109 × 10^–31 kilogramo. En comparación, el “más ligero” cuarcThe Up Quark, es más de cuatro veces más pesado, con un peso de aproximadamente 2.14 MeV/c².

Por pequeños que sean estos valores, siguen siendo mucho más grandes que “cero”, que es la masa inferida para ciertas otras partículas. Estas llamadas partículas sin masa son posiblemente los mejores candidatos para los “más pequeños”.

Una pregunta, muchas respuestas

Estrictamente hablando de bosones, o partículas que transportan la fuerza, el claro ganador de la competencia por la “partícula más pequeña del universo” sería el fotón sin masas. (Gluón—Bosones que unen los quarks, también se cree que son sin masa pero son mucho más difíciles de estudiar porque generalmente están atrapados dentro de protones y neutrones). Si estamos hablando de fermiones, las partículas que son los bloques de construcción de la materia, una suposición razonable para la partícula más pequeña del universo sería el neutrino. Esta es una “suposición” porque realmente no sabemos la masa exacta de un neutrino con certeza, aunque estamos seguros de que no es cero. Para poner la masa del neutrino en perspectiva, probablemente pesa alrededor de 0.45 eV/c²—NUESTRO DE UN MILLMA ¡La masa de un electrón!

Pero de nuevo, como enfatizan Ochoa-Craicoux y Conrad de forma independiente, este es solo un enfoque de expertos Tiende a Al considerar el tamaño de una partícula. Al igual que con muchos tipos de investigación científica, la respuesta que obtiene depende íntimamente de cómo se haga exactamente la pregunta.