¿Cuáles son las partículas más pequeñas conocidas de las cuales todo está hecho?

Los bloques de construcción básicos de todo lo que sabemos son las partículas del Modelo Estándar de la física de partículas:


Muy brevemente, en palabras: toda la materia que conocemos está hecha de quarks arriba y abajo, electrones y sus antipartículas. El neutrino (electrónico) aparece en algunas reacciones nucleares. Esta familia de partículas se repite dos veces en generaciones más pesadas pero inestables; Estos solo aparecen en aceleradores de partículas. Las partículas interactúan entre sí mediante el electromagnetismo (mediado por fotones), la interacción débil (mediada por bosones W y Z) y la interacción fuerte (mediada por gluones). El bosón de Higgs dota de masa a varias de estas partículas (aunque el 99% de la masa de los objetos ordinarios no proviene de esto, sino de la masa-energía de sus energías de enlace interno).

Aparte de la gravedad (para la cual no tenemos una teoría cuántica satisfactoria) esto incluye todas las formas conocidas de materia y energía, incluyendo el sonido (vibraciones de la materia ordinaria), la luz (fotones), el plasma (átomos ionizados, que están hechos de protones). y neutrones, que están hechos de quarks), etc.

Lo que no incluye son formas hipotéticas de materia y energía, como la materia oscura o la energía oscura. Si existen, es probable que requieran una extensión del Modelo Estándar.

La palabra “partícula” es una reliquia de la física clásica y, desafortunadamente, interferirá en la comprensión de la respuesta que está buscando. (Términos como “la partícula de dios” son engañosos y un mal servicio al público, ya que no estamos hablando de “partículas” cuando analizamos la composición de la existencia). Tendremos que hacer un resumen rápido de la física moderna en Para aclarar las cosas (o al menos más confuso y hermoso).

En la física clásica, el mundo se percibe como un reino claramente definido de valores distintos y precisos. La materia es materia, las fuerzas son fuerzas, y el mundo físico interactúa como bolas de billar: cada unidad está separada de la otra. Desde esta perspectiva, un objeto es una cosa y no otra. Una partícula es siempre una partícula, y los opuestos no están conectados. Este es el mundo visto en el nivel de la superficie, el mundo de la física clásica (también llamada física newtoniana o mecánica newtoniana, después del bien de Isaac). Su pregunta está formulada desde la perspectiva de este nivel de la física.

Con el advenimiento de la mecánica cuántica, se hizo evidente que las leyes de la física clásica no explican el comportamiento a nivel cuántico. El movimiento de los electrones, por ejemplo, no puede explicarse por las leyes de movimiento de Newton. La mecánica de la bola de billar ya no se aplica. Además, un electrón parece comportarse tanto como una partícula como una onda. Este fenómeno que se llama es una dualidad onda-partícula.

En el nivel cuántico, ya no es correcto considerar las cosas desde la perspectiva clásica, ya que los objetos se vuelven cada vez más deslocalizados y abstractos. Fritjof Capra dio voz a este principio,

[La] distinción entre partículas y el espacio que las rodea pierde su nitidez original y el vacío se reconoce como una cantidad dinámica de importancia primordial.

Desde la perspectiva cuántica, el mundo está compuesto de conceptos matemáticos y aproximaciones, no de realidades concretas. Posteriormente, dos o más características pueden estar presentes dentro de una consideración. Los electrones pueden ser tanto una partícula como una onda simultáneamente. Es sobre esta aparente esfera de contradicciones que escribió Robert Oppenheimer

Si preguntamos, por ejemplo, si la posición del electrón sigue siendo la misma, debemos decir ‘no’; si preguntamos si la posición del electrón cambia con el tiempo, debemos decir ‘no’; si preguntamos si el electrón está en reposo, debemos decir ‘no’; si preguntamos si está en movimiento, debemos decir ‘no’.

En física, la apariencia y el comportamiento de un sistema cambian a medida que se pasa de escalas de tiempo y distancia más pequeñas (es decir, de lo macroscópico a lo microscópico). Estas escalas se pueden separar en cuatro áreas principales:

  • Mecánica clásica – todo más grande que el átomo; el reino de las partículas)
  • Mecánica cuántica – subatómica; el reino de la función de onda; dualidades de onda de partícula
  • Teoría cuántica de campos : se entiende que las funciones de onda son fluctuaciones de un campo cuántico
  • Teoría del campo unificado : los campos cuánticos se entienden como fluctuaciones de un campo fundamental

Dicho de otra manera, pasas del mundo de las partículas a las dualidades de onda de partícula, a los campos y en un campo de unidad matemática fundamental. Y, de acuerdo con el principio de correspondencia, a medida que pasamos de la física clásica a la mecánica cuántica a la teoría de campos a la teoría de campos unificados, vamos a áreas más ” reales “, es decir, la realidad de la física clásica son las aproximaciones mecánicas cuánticas. La realidad de la mecánica cuántica es la fluctuación cuántica de los campos. La realidad de los campos cuánticos es la superposición de todos los estados de campo posibles del campo unificado. El error de la física clásica está en pensar que cuanto más concreto es más real. La física cuántica nos muestra que la verdad es contraintuitiva.

Ahora, volvamos a tu pregunta. Si quiere llegar a eso de lo que todo está compuesto, debe descartar la noción de valores tangibles y concretos, y bajar por el agujero del conejo hacia abstracciones y aproximaciones totales, y resultados. Las “partículas” ya no son relevantes.

¿Desearía algunas descripciones del campo unificado, y cómo la diversidad es una fluctuación de la unidad, o es esta falta de respuesta suficiente? (Estoy feliz de escribir más, simplemente no quiero perder su tiempo).

* nota: he copiado un texto de una de mis otras respuestas para ahorrar tiempo.

‘Más pequeño’ pierde significado en la escala de partículas fundamentales. Hay partículas más ligeras y más pesadas, pero esto no significa necesariamente que sean “más grandes” o “más grandes”. Las partículas de materia más fundamentales que conocemos son los quarks, electrones y neutrinos (y muones). Pero no son “partículas sólidas” en el sentido cotidiano de la palabra, son simplemente concentraciones de energía (“excitaciones”) en su campo particular. La teoría de cuerdas va aún más lejos al postular que todos ellos surgen de elementos extremadamente pequeños como cuerdas que vibran con diferentes patrones.

Hay un cierto sentido de escala aquí: La escala del universo 2

Hay dos casas grandes en la física con sus propias respuestas a esta pregunta: la casa de “modelo estándar” responde con quarks y electrones y esas cosas. Y la casa de la “teoría de cuerdas” que explica todo con formas de cuerdas vibrantes. Ambas casas estaban encantadas de proporcionarle una explicación más compleja desde el punto de vista técnico, pero me resulta difícil para cualquiera dominar completamente las dos casas.