EL UNIVERSO PRIMITIVO

06.15















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En la sección anterior ya hablamos algo sobre los leptones. En la actualidad se encuentran reconocidos la existencia de seis leptones (la palabra, aparte de significar «ligero» también puede ser «rápido»). Los leptones, entre los que se incluyen el electrón, el muón, el tauón y sus neutrinos, pueden concebirse como pequeñas partículas puntiformes sin estructura (al menos, no se les ha apreciado estructura nunca). Todos ellos comportan un espín de 1/2. Tres de los seis leptones tienen masa considerable y -1 de carga eléctrica: el electrón, el muón y el tauón. Tres no tienen carga, los tres neutrinos (sin masa en reposo o ella es muy pequeña). Los seis leptones pueden dividirse en tres «clases», con un par de leptones cada una. Un miembro de cada clase tiene carga eléctrica, mientras que el otro es el neutrino, eléctricamente neutro.

La primera clase de leptones, la «clase del electrón», consta del electrón, denominado e y su neutrino asociado, denominado ve,. Según las normas de la teoría relativista del campo cuántico, cada partícula implica la existencia de una antipartícula. El antielectrón o positrón, se denomina y el neutrino del antielectrón, una partícula diferenciada del neutrino electrónico, se denomina e.

El electrón, la primera partícula elemental, se descubrió hace mucho, en 1897. Por lo que se ha podido comprobar hasta el momento, es absolutamente estable y no se desintegra en otras partículas más ligeras. La estabilidad absoluta del electrón está garantizada por la ley de conservación de la carga eléctrica: En una interacción de partículas la carga eléctrica total ha de mantenerse constante. El electrón es la partícula elemental cargada más ligera, y no puede desintegrarse en partículas más ligeras porque no hay ninguna partícula que pueda llevarse su carga eléctrica. La ley de la conservación de la carga eléctrica, como todas las leyes físicas, se somete a pruebas experimentales; hasta el momento no se ha demostrado que no se cumpla.

Las leyes de conservación, como la ley de conservación de la carga eléctrica, desempeñan un papel muy importante en la interpretación de las interacciones de partículas. Cada partícula está caracterizada por un cierto número de parámetros que tienen valores bien definidos: su masa, carga eléctrica, espín o rotación interna y otros números, conocidos como cuánticos. En general, la leyes de conservación son consecuencia de una simetría exacta. La ley de conservación de la carga eléctrica, por ejemplo, es absoluta, es el resultado de una simetría exacta de las ecuaciones de la teoría de campo. Por ello, los parámetros que hemos indicado son tales que, en una reacción, su suma se mantiene y sirve para predecir el resultado. Se dice que hay conservación de los números cuánticos de las partículas. Así, son importantes el número bariónico, los diversos números leptónicos y ciertos números definidos (como veremos en la siguiente sección) para los quarks.

De todas las partículas elementales, no cabe duda, que las más conocidas son los electrones, debido a que se utilizan en los instrumentos electrónicos. Una corriente eléctrica no es más que movimiento de electrones o de otras partículas cargadas. Se ha descubierto que el enjambre de electrones que rodean al núcleo atómico es responsable de las propiedades químicas de los átomos. Como los electrones son tan abundantes en la naturaleza y se liberan tan fácilmente de su vinculación con los átomos, se han estudiado por extenso y sus propiedades se han determinado con exactitud.

El neutrino de electrón, compañero de familia del electrón, es sumamente ligero o «light», como está de moda decirlo , puede tener exactamente masa cero . Los físicos experimentales se esfuerzan por establecer los límites de su masa o medirla si no fuese cero, pero los resultados obtenidos hasta ahora no son los convincentes que exige las reglas de rigor de la física. Los neutrinos no interactúan directamente con el campo electromagnético porque carecen de carga eléctrica. Sólo tienen interacciones muy débiles con otra materia y pasan por ello a través de nosotros, atraviesan la tierra y atraviesan cualquier cosa que se interponga en su camino. Pero, curiosamente, los físicos experimentales, sirviéndose de aparatos de detección sumamente sensibles, pueden identificar fenómenos subatómicos provocados por ellos; han formado incluso haces con los esquivos neutrinos en laboratorios que han montado en las profundidades de viejas minas subterráneas abandonadas.

La siguiente clase de leptones, la «clase del muón», está formada por el muón, denominado m, y el neutrino muónico, denominado vm. El muón es una partícula que, por lo que se ha podido determinar, resulta idéntica al electrón salvo que su masa es 207 veces mayor. Tiene la misma carga eléctrica y el mismo espín de un medio que el electrón. El socio de la clase del muón, el neutrino muónico, puede no tener masa en absoluto o, si la tiene, es ultra pequeñísima. El muón y su neutrino, lo mismo que sucedía con la clase del electrón, tienen antipartículas compañeras. Pero los muones son inestables y no merodean por ahí como los electrones. Esto se debe a que cuando se desintegran en electrones, neutrinos antielectrónicos y neutrinos muónicos pueden pasar su carga eléctrica al electrón.

La desintegración del muón refleja otras leyes de conservación, similares a la ley de conservación de la carga eléctrica: las leyes de conservación del número electrónico y muónico. Se trata, claro, de sólo un proceso de desintegración, pero cuando los físicos quieren investigar gran cantidad de interacciones diferentes de muones y electrones, comprueban que todas las nuevas leyes de conservación mantienen su validez. Algunos físicos creen que a diferencia de la ley de conservación de la carga, estas nuevas leyes de conservación fallarán, y que, aunque existen muy pocas probabilidades de que se produzca una interacción que las infrinja, no obstante algún día podría ocurrir. Estas leyes de conservación se corresponden con simetrías del modelo estándar, de modo que si dejasen de cumplirse las leyes habría que modificar el modelo.

En 1977, se descubrió otra nueva clase de leptones: la clase del tauón. Al miembro que posee carga eléctrica se le denomina tauón; su símbolo es la letra griega t (tau) y el de su neutrino correspondiente vt. El tauón tiene una masa 3.491 veces mayor que el electrón. Si el muón es un electrón «pesado», el tauón es un muón pesado. El tauón, como el muón, es inestable y se desintegra en muchas otras partículas posibles. Pero en todos estos procesos se conserva, evidentemente, un «número tauónico». El número tauónico, el número rnuónico y el número electrónico son todos ellos cargas conservadas en el modelo estándar. La suma de estas cargas se denomina «número leptónico» y, dado que se conserva cada carga individual, también se conserva la suma.

Podemos compendiar nuestra clasificación de leptones, nuestra primera serie de ladrillos para construir un universo, disponiéndolos en un cuadro que a continuación presentamos, en el cual señalamos a cada una de las clases de partículas que hemos mencionado correspondientes a esta familia.

Partículas Tabla1







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