La física de partículas es el subcampo de la física que se ocupa del estudio de partículas subatómicas elementales: las partículas que componen los átomos. A principios del siglo XX, se hicieron muchos avances experimentales que sugerían que los átomos, que se creía que eran el componente más pequeño de la materia, estaban formados por partículas incluso más pequeñas. Se idearon nuevas teorías para explicar esto (como el Modelo Estándar de Física de Partículas), se diseñaron muchos experimentos nuevos (utilizando equipos tales como aceleradores de partículas) y gradualmente se hizo evidente que las partículas que componen los átomos pueden descomponerse aún más. Dos ejemplos de tales partículas son quarks y leptones, y aunque estos tipos de partículas tienen mucho en común, sus diferencias son a menudo evidentes.
Quarks y Leptons son Ambas Partículas Fundamentales
Quarks (nombrados por El premio Nobel Murray Gell-Mann después de una cita en el libro "Finnegan's Wake" de James Joyce) y leptones se cree que son las partículas más fundamentales que existen; es decir, no pueden descomponerse en otras partículas constituyentes. Quarks y leptones tampoco son partículas; más bien, se refieren a familias de partículas, cada una con seis miembros. La familia de partículas de quark consiste en partículas ascendentes, descendentes, superiores, inferiores y extrañas, mientras que los leptones están formados por partículas de neutrinos de electrones, neutrinos de electrones, muones, neutrinos de muones, tau y tau. También hay antipartículas asociadas con cada partícula, siendo la antipartícula el espejo opuesto a la partícula correspondiente (por ejemplo, teniendo la carga opuesta).
Los leptones tienen carga entera; Quarks tienen carga fraccional
Los leptones tienen una carga eléctrica de una unidad de carga fundamental (definida como la carga de un solo electrón), en el caso del electrón, muón o tau, o sin carga, en el caso de los neutrinos correspondientes. Quarks, por otro lado, cada uno tiene cargas fraccionales (+/- 1/3 o +/- 2/3, dependiendo del quark). Cuando estos quarks se agrupan, la suma de sus cargos siempre se suma a una carga entera. Por ejemplo, si dos quarks hacia arriba y un quark hacia abajo (con cargos de +2/3 y -1/3, respectivamente) se agrupan, la suma de los cargos se suma a +1, y se crea una nueva partícula. Esta nueva partícula es el protón, uno de los principales componentes del núcleo atómico.
Los leptones pueden existir libremente; Quarks Can not
Mientras que los quarks tienen una carga fraccionaria, un quark nunca existirá libremente en la naturaleza; esto se debe a una fuerza fundamental conocida como la "fuerza fuerte". La fuerza fuerte, que está mediada por partículas portadoras de la fuerza llamadas gluones, actúa dentro del núcleo de los átomos y mantiene a los quarks atraídos el uno por el otro. La fuerza entre los quarks aumenta a medida que se separan, asegurando que nunca se detecte un quark gratis. El campo de estudio dedicado a las interacciones entre quarks y gluones se llama cromodinámica cuántica (QCD). Los Lepton, por otro lado, son partículas muy "independientes", y se pueden aislar.
Quarks y Lepton están sujetos a diferentes fuerzas fundamentales
Hay cuatro fuerzas fundamentales en la naturaleza: el fuerza fuerte (que mantiene juntos los núcleos atómicos y quarks), la fuerza débil (que es responsable de la desintegración radiactiva), la fuerza electromagnética (que ayuda a mantener unidos a los átomos) y la fuerza gravitacional (que actúa cualquier objeto con masa o energía en el universo ) Quarks están sujetos a todas las fuerzas fundamentales; leptones, por otro lado, están sujetos a todas las fuerzas a excepción de la fuerza fuerte. Esto se debe a que la fuerza fuerte tiene un rango muy corto, típicamente más pequeño que el de un núcleo atómico; por lo tanto, la fuerza fuerte generalmente se limita a esta área. Las fuerzas débiles, electromagnéticas y gravitacionales, por otro lado, pueden actuar a una distancia mucho mayor que la fuerza fuerte.
