Partícula subatòmica: diferència entre les revisions
història |
+ història, refs, retocs, trec FR i MF |
||
| Línia 1: | Línia 1: | ||
{{FR|data=2014}} |
|||
{{MF|data=2014}} |
|||
En [[física]], una '''partícula subatòmica''' és una [[partícula]] de mida més petita que un [[àtom]]. Podem ser partícules elementals, com les que descriu el [[Model estàndard de física de partícules|model estàndard de partícules]], o [[Partícula composta|compostes]], formades per un cert nombre de partícules elementals, com el [[protó]], el [[neutró]] i d'altres [[Hadró|hadrons]].<ref>{{ref-web |url=https://www.termcat.cat/ca/cercaterm/part%C3%ADcula%20subat%C3%B2mica?type=basic |títol=partícula |consulta=14 gener 2022 |obra=Cercaterm |data=[[TERMCAT]] }}</ref> |
En [[física]], una '''partícula subatòmica''' és una [[partícula]] de mida més petita que un [[àtom]]. Podem ser partícules elementals, com les que descriu el [[Model estàndard de física de partícules|model estàndard de partícules]], o [[Partícula composta|compostes]], formades per un cert nombre de partícules elementals, com el [[protó]], el [[neutró]] i d'altres [[Hadró|hadrons]].<ref>{{ref-web |url=https://www.termcat.cat/ca/cercaterm/part%C3%ADcula%20subat%C3%B2mica?type=basic |títol=partícula |consulta=14 gener 2022 |obra=Cercaterm |data=[[TERMCAT]] }}</ref> |
||
| Línia 8: | Línia 6: | ||
La idea dels àtoms va ser utilitzada als inicis de la ciència moderna a les teories quantitatives de la matèria. [[Isaac Newton|Newton]] (1642 - 1727) va explicar l'expansió dels gasos en base al flux dels seus àtoms a l'espai buit. Ja durant el {{segle|XIX}}, [[John Dalton]] (1766 - 1844) va explicar les proporcions fixes dels [[Element químic|elements]] que formen part dels [[Compost químic|compostos]] en base al pes relatiu dels àtoms dels elements. I [[Ludwig Boltzmann|Boltzmann]] (1844 – 1906) va explicar fenòmens com la [[calor]] en base als àtoms.{{sfn|Weinberg|1983|pp=2-3}} |
La idea dels àtoms va ser utilitzada als inicis de la ciència moderna a les teories quantitatives de la matèria. [[Isaac Newton|Newton]] (1642 - 1727) va explicar l'expansió dels gasos en base al flux dels seus àtoms a l'espai buit. Ja durant el {{segle|XIX}}, [[John Dalton]] (1766 - 1844) va explicar les proporcions fixes dels [[Element químic|elements]] que formen part dels [[Compost químic|compostos]] en base al pes relatiu dels àtoms dels elements. I [[Ludwig Boltzmann|Boltzmann]] (1844 – 1906) va explicar fenòmens com la [[calor]] en base als àtoms.{{sfn|Weinberg|1983|pp=2-3}} |
||
Però la idea de que la matèria està formada per àtoms no va ser acceptada de manera general per la comunitat científica fins les primeres dècades del {{segle|XX}}, quan es va descobrir que l'àtom no era indivisible, sinó que era format per un [[Nucli atòmic|nucli]] i [[Electró|electrons]].{{sfn|Weinberg|1983|p=3}} |
|||
Inicialment només eren coneguts l'[[electró]], el [[protó]] i el [[neutró]], i tenien el caràcter de [[partícula elemental]]. Posteriorment, es van descobrir noves partícules subatòmiques, i aparegueren noves [[hipòtesi]]s i [[teories]] sobre quines són o poden arribar a ser les partícules elementals. |
|||
Durant la [[dècada del 1890]], el físic anglès [[Joseph John Thomson]] (1856 - 1940) va dur a terme una sèrie d'experiments que el 1897 van produir proves molt sòlides en suport de que els [[raigs catòdics]] eren partícules carregades negativament.{{sfn|Buchwald|Warwick|2001|p=3}} |
|||
== Classificació == |
|||
| ⚫ | |||
L'any 1899, [[Ernest Rutherford]] (1871 - 1937) va identificar la radiació emesa durant la [[Radioactivitat|desintegració radioactiva]] del [[Radi (element)|radi]], com a partícules amb [[Càrrega elèctrica|càrrega]] positiva, que van rebre el nom de [[partícula α]],{{sfn|Barnett|Muehry|Quinn|2000|p=192}} un nucli atòmic format per per protons i dos neutrons. |
|||
L'any 1905, [[Albert Einstein]] (1879 - 1955) va proposar que la [[llum]] estava [[Quàntum|quantitzada]] en paquets discrets, que ara coneixem com a [[Fotó|fotons]], per tal de donar una explicació satisfactòria a l'[[efecte fotoelèctric]]. Tanmateix no va tenir massa acceptació, ni el mateix [[Max Planck]] (1858 – 1947), que havia introduït el concepte de [[Quàntum]] l'any 1900 ho va considerar seriosament. Einstein seria guardonat amb el [[Premi Nobel de Física]] de 2021 per aquesta aportació.{{sfn|Barnett|Muehry|Quinn|2000|p=193}} El fotó seria confirmat experimentalment entre el 1914 i el 1916 pel físic [[Robert Andrews Millikan]] (1868 -1953).{{sfn|Weinberg|1983|p=158}} El nom de fotó seria proposat el 1926 pel físic estatunidenc [[Gilbert Newton Lewis]].{{sfn|Barnett|Muehry|Quinn|2000|p=194}} |
|||
L'any 1919, Ernest Rutherford va observar la [[Transmutació nuclear|transmutació]] del [[nitrogen]], en bombardejar-lo amb partícules alfa s'alliberava una partícula que va ser reconeguda com un nucli d'[[hidrogen]] (<sup>14</sup>N + α → <sup>17</sup>O + p). Dos anys més tard va proposar que es tractava d'una partícula fonamental i la va anomenar protó.{{sfn|Barnett|Muehry|Quinn|2000|p=193}} |
|||
L'any 1931, el físic anglès [[James Chadwick]] (1891 - 1974) va descobrir el [[neutró]], l'any 1935 seria guardonat amb el Premi Nobel de Física pel seu descobriment.{{sfn|Barnett|Muehry|Quinn|2000|p=195}} |
|||
== Classificació de les partícules subatòmiques == |
|||
Les partícules subatòmiques es poden classificar atenent a diferents criteris. |
|||
| ⚫ | |||
Segons si les partícules subatòmiques són simples o formades per un acoblament de dues o més partícules més petites es classifiquen com a elementals o compostes. |
Segons si les partícules subatòmiques són simples o formades per un acoblament de dues o més partícules més petites es classifiquen com a elementals o compostes. |
||
| Línia 57: | Línia 67: | ||
Algunes extensions de la teoria del del Model Estàndard prediuen altres bosons, com el [[gravitó]] amb espín 2,<ref>{{Ref-web|url=https://www.fnal.gov/pub/today/archive/archive_2012/today12-10-19_NutshellReadMore.html|títol=Gravitons|consulta=26/12/2021|llengua=anglès|editor=Dan Lincoln (Fermilab Today)}}</ref> i d'altres, com ara la [[supersimetria]], prediuen l'existència d'altres partícules elementals amb espín 3/2, tanmateix, no se n'ha descobert cap encara (2021). |
Algunes extensions de la teoria del del Model Estàndard prediuen altres bosons, com el [[gravitó]] amb espín 2,<ref>{{Ref-web|url=https://www.fnal.gov/pub/today/archive/archive_2012/today12-10-19_NutshellReadMore.html|títol=Gravitons|consulta=26/12/2021|llengua=anglès|editor=Dan Lincoln (Fermilab Today)}}</ref> i d'altres, com ara la [[supersimetria]], prediuen l'existència d'altres partícules elementals amb espín 3/2, tanmateix, no se n'ha descobert cap encara (2021). |
||
=== |
=== Segons la massa === |
||
En [[relativitat especial]] l'[[Equivalència entre massa i energia|energia d'una partícula en repòs és igual a la seua massa multiplicada pel quadrat de la velocitat de la llum]], {{nowrap begin}}''E'' = ''mc''<sup>2</sup>{{nowrap end}}. És a dir, la [[massa]] es pot expressar en funció de l'[[energia]] i viceversa. Si una partícula es troba en repòs en algun sistema de referència, aleshores té massa en repòs positiva i diem que és ''massiva''. |
En [[relativitat especial]] l'[[Equivalència entre massa i energia|energia d'una partícula en repòs és igual a la seua massa multiplicada pel quadrat de la velocitat de la llum]], {{nowrap begin}}''E'' = ''mc''<sup>2</sup>{{nowrap end}}. És a dir, la [[massa]] es pot expressar en funció de l'[[energia]] i viceversa. Si una partícula es troba en repòs en algun sistema de referència, aleshores té massa en repòs positiva i diem que és ''massiva''. |
||
| Línia 70: | Línia 80: | ||
* {{Ref-llibre|cognom=Rennie |nom=Richard |cognom2=Law |nom2=Jonathan |títol=Dictionary of Physics |llengua=anglès |edició=Vuitena edició |editorial=Oxford University Press |any=2019 |isbn=978–0–19–882147–2 }} |
* {{Ref-llibre|cognom=Rennie |nom=Richard |cognom2=Law |nom2=Jonathan |títol=Dictionary of Physics |llengua=anglès |edició=Vuitena edició |editorial=Oxford University Press |any=2019 |isbn=978–0–19–882147–2 }} |
||
* {{Ref-llibre|cognom=Weinberg |nom=Steven |títol=The discovery of subatomic particles |llengua=anglès |editorial=Scientific American Inc. |any=1983 |isbn=9780716714880 }} |
* {{Ref-llibre|cognom=Weinberg |nom=Steven |títol=The discovery of subatomic particles |llengua=anglès |editorial=Scientific American Inc. |any=1983 |isbn=9780716714880 }} |
||
* {{Ref-llibre|cognom=Buchwald |nom=Jed Z. |cognom2=Warwick |nom2=Andrew |títol=Histories of the Electron: The Birth of Microphysics |llengua=anglès |edició= |editorial=The MIT Press |any=2001 |isbn= 0-262-02494-2}} |
|||
* {{Ref-llibre|cognom=Barnett |nom=R. Michael |cognom2=Muehry |nom2=Henry |cognom3=Quinn |nom3=Helen R. |títol=The Charm of Strange Quarks Mysteries and Revolutions of Particle Physics |llengua=anglès |editorial=Springer |any=2000 |isbn=978-1-4684-9510-2 |doi=10.1007/978-0-387-21534-1 }} |
|||
{{Composició de la matèria}} |
{{Composició de la matèria}} |
||
Revisió del 17:07, 15 gen 2022
En física, una partícula subatòmica és una partícula de mida més petita que un àtom. Podem ser partícules elementals, com les que descriu el model estàndard de partícules, o compostes, formades per un cert nombre de partícules elementals, com el protó, el neutró i d'altres hadrons.[1]
Història
La idea de partícula subatòmica va estretament lligada al concepte històric d'àtom. El concepte d'àtom com a element indivisible es va originar a l'antiguitat clàssica, vers el segle v aC, segons els filòsofs Leucip i Demòcrit, tota la matèria era d'àtoms i espai buit.[2]
La idea dels àtoms va ser utilitzada als inicis de la ciència moderna a les teories quantitatives de la matèria. Newton (1642 - 1727) va explicar l'expansió dels gasos en base al flux dels seus àtoms a l'espai buit. Ja durant el segle xix, John Dalton (1766 - 1844) va explicar les proporcions fixes dels elements que formen part dels compostos en base al pes relatiu dels àtoms dels elements. I Boltzmann (1844 – 1906) va explicar fenòmens com la calor en base als àtoms.[3]
Però la idea de que la matèria està formada per àtoms no va ser acceptada de manera general per la comunitat científica fins les primeres dècades del segle xx, quan es va descobrir que l'àtom no era indivisible, sinó que era format per un nucli i electrons.[4]
Durant la dècada del 1890, el físic anglès Joseph John Thomson (1856 - 1940) va dur a terme una sèrie d'experiments que el 1897 van produir proves molt sòlides en suport de que els raigs catòdics eren partícules carregades negativament.[5]
L'any 1899, Ernest Rutherford (1871 - 1937) va identificar la radiació emesa durant la desintegració radioactiva del radi, com a partícules amb càrrega positiva, que van rebre el nom de partícula α,[6] un nucli atòmic format per per protons i dos neutrons.
L'any 1905, Albert Einstein (1879 - 1955) va proposar que la llum estava quantitzada en paquets discrets, que ara coneixem com a fotons, per tal de donar una explicació satisfactòria a l'efecte fotoelèctric. Tanmateix no va tenir massa acceptació, ni el mateix Max Planck (1858 – 1947), que havia introduït el concepte de Quàntum l'any 1900 ho va considerar seriosament. Einstein seria guardonat amb el Premi Nobel de Física de 2021 per aquesta aportació.[7] El fotó seria confirmat experimentalment entre el 1914 i el 1916 pel físic Robert Andrews Millikan (1868 -1953).[8] El nom de fotó seria proposat el 1926 pel físic estatunidenc Gilbert Newton Lewis.[9]
L'any 1919, Ernest Rutherford va observar la transmutació del nitrogen, en bombardejar-lo amb partícules alfa s'alliberava una partícula que va ser reconeguda com un nucli d'hidrogen (14N + α → 17O + p). Dos anys més tard va proposar que es tractava d'una partícula fonamental i la va anomenar protó.[7]
L'any 1931, el físic anglès James Chadwick (1891 - 1974) va descobrir el neutró, l'any 1935 seria guardonat amb el Premi Nobel de Física pel seu descobriment.[10]
Classificació de les partícules subatòmiques
Les partícules subatòmiques es poden classificar atenent a diferents criteris.
Segons la seva composició
Segons si les partícules subatòmiques són simples o formades per un acoblament de dues o més partícules més petites es classifiquen com a elementals o compostes.
Partícules elementals
En el model estàndard les partícules elementals són:[11]
- Els sis tipus de quarks: quark u, quark d, quark s, quark c, quark b i quark t
- Els sis tipus de leptons: electró, muó, tauó, neutrí electrònic, neutrí muònic, neutrí tauònic
- Els dotze bosons de gauge: el fotó, els tres bosons W i Z, intermediaris de la força nuclear feble, i els vuit gluons, intermediaris de la força nuclear forta
- Els bosons escalars: fins el moment només es coneix el bosó de Higgs
Totes aquestes partícules han estat identificades experimentalment, les més recents a ser confirmades han estat el quark t (1995), el neutrí tauònic (2000) i el bosó de Higgs (2012).
Hi ha algunes extensions del Model Estàndard que prediuen l'existència d'una partícula elemental que permetria quantitzar la força gravitatòria, el gravitó, i moltes altres partícules elementals, però cap d'elles ha estat descoberta fins el moment (2021).
Partícules compostes
Pràcticament totes les partícules compostes contenen diversos quarks i antiquarks units per gluons, amb algunes excepcions com ara el positroni i el muoni.
Les partícules formades per 5 o menys quarks reben el nom d'hadrons. A causa de la propietat anomenada confinament de color, els quarks no es troben mai isolats sinó agrupats com a components dels hadrons. Els hadrons es classifiquen d'acord amb el nombre de quarks, incloent-hi els antiquarks, en:
- barions, que contenen un nombre imparell de quarks (gairebé sempre 3), com ara els protons i els neutrons, que són els més coneguts i que també reben el nom de nucleons perquè són les partícules que formen els nuclis atòmics. Els protons són compostos per dos quarks u i un quarks d, en canvi, els neutrons són compostos per dos quarks d i un quark u.
- mesons, amb un nombre parell de quarks, gairebé sempre 2, un quark i un antiquark. En són exemples els pions i els kaons.
Llevat del protó i el neutró, els hadrons són inestables i es desintegren en altres partícules en microsegons o menys temps, tanmateix hi ha algunes que aconsegueixen formar hipernuclis .
Segons la seva distribució estadística
El teorema d'estadística de l'espín estableix una relació directa entre l'espín d'un tipus de partícula amb l'estadística de partícules que obeeix, les que tenen espín semienter només es poden quantitzar segons l'estadística de Fermi-Dirac, mentre que que les que tenen espín sencer segueixen l'estadística de Bose-Einstein.[12]
Estadística de Fermi-Dirac
Si un determinat estat quàntic només pot ser ocupar per una única partícula, la partícula seguirà l'estadística de Fermi-Dirac, llavors les partícules reben el nom de fermions.[13] Entre els fermions trobem partícules elementals com els leptons i els quarks, i sistemes lligats com els barions o nuclis atòmics.
Estadística de Bose–Einstein
Si un determinat estat quàntic pot ser ocupar per qualsevol nombre de partícules, les partícules seguiran l'estadística de Bose-Einstein i reben el nom de bosons.[13] Aquest tipus de partícules són les transmissores de les forces fonamentals, entre elles trobem els bosons de gauge, com els fotonsi els gluons i bosons escalars com el bosó de Higgs.
Algunes extensions de la teoria del del Model Estàndard prediuen altres bosons, com el gravitó amb espín 2,[14] i d'altres, com ara la supersimetria, prediuen l'existència d'altres partícules elementals amb espín 3/2, tanmateix, no se n'ha descobert cap encara (2021).
Segons la massa
En relativitat especial l'energia d'una partícula en repòs és igual a la seua massa multiplicada pel quadrat de la velocitat de la llum, E = mc2. És a dir, la massa es pot expressar en funció de l'energia i viceversa. Si una partícula es troba en repòs en algun sistema de referència, aleshores té massa en repòs positiva i diem que és massiva.
Totes les partícules compostes són massives. Els barions tendeixen a tenir massa més gran que els mesons, que, al seu torn, tendeixen a tenir més massa que els leptons; nogensmenys, el leptó més massiu (el leptó tau) té més massa que els dos barions més lleugers. D'altra banda, totes les partícules amb càrrega elèctrica són massives.
Totes les partícules sense massa són elementals. S'hi inclouen el fotó i el gluó, malgrat que aquest no pot estar isolat.
Referències
- ↑ «partícula». Cercaterm, TERMCAT. [Consulta: 14 gener 2022].
- ↑ Weinberg, 1983, p. 2.
- ↑ Weinberg, 1983, p. 2-3.
- ↑ Weinberg, 1983, p. 3.
- ↑ Buchwald i Warwick, 2001, p. 3.
- ↑ Barnett, Muehry i Quinn, 2000, p. 192.
- ↑ 7,0 7,1 Barnett, Muehry i Quinn, 2000, p. 193.
- ↑ Weinberg, 1983, p. 158.
- ↑ Barnett, Muehry i Quinn, 2000, p. 194.
- ↑ Barnett, Muehry i Quinn, 2000, p. 195.
- ↑ Cottingham, W.N.; Greenwood, D.A.. An introduction to the standard model of particle physics. Cambridge University Press, 2007, p. 1. ISBN 978-0-521-85249-4.
- ↑ Rennie i Law, 2019, spin–statistics theorem.
- ↑ 13,0 13,1 Rennie i Law, 2019, quantum statistics.
- ↑ «Gravitons» (en anglès). Dan Lincoln (Fermilab Today). [Consulta: 26 desembre 2021].
Bibliografia
- Rennie, Richard; Law, Jonathan. Dictionary of Physics (en anglès). Vuitena edició. Oxford University Press, 2019. ISBN 978–0–19–882147–2.
- Weinberg, Steven. The discovery of subatomic particles (en anglès). Scientific American Inc., 1983. ISBN 9780716714880.
- Buchwald, Jed Z.; Warwick, Andrew. Histories of the Electron: The Birth of Microphysics (en anglès). The MIT Press, 2001. ISBN 0-262-02494-2.
- Barnett, R. Michael; Muehry, Henry; Quinn, Helen R. The Charm of Strange Quarks Mysteries and Revolutions of Particle Physics (en anglès). Springer, 2000. DOI 10.1007/978-0-387-21534-1. ISBN 978-1-4684-9510-2.
Composició de la matèria | |
|---|---|
