Partículas subatómicas: electrones, protones y neutrones

• Las partículas subatómicas son más pequeñas que el átomo y se encuentran en la naturaleza, casi todas formando parte de él.
• Las principales partículas subatómicas estables son el electrón, el protón y el neutrón, aunque existen otras.
• Toda la materia está compuesta de estas partículas.
• Los primeros modelos atómicos suponían que los átomos eran indivisibles.
• El descubrimiento del electrón en el siglo XIX y del núcleo atómico a comienzos del siglo XX revelaron que los átomos sí tienen una estructura interna.
• Tanto el protón como el neutrón son partículas compuestas por otras aún más pequeñas, mientras que los quarks, gluones y leptones son partículas elementales.
• Los quarks y los gluones conforman a los protones y a los neutrones.
• El electrón es una partícula elemental clasificada como leptón.

Descubrimiento de las partículas subatómicas

• Los descubrimientos comenzaron en el siglo XIX, siendo el electrón el primero en ser encontrado.
• J.J. Thompson descubrió los rayos catódicos, que consistían en un chorro de partículas cargadas negativamente.
• Thompson determinó que la masa de estas partículas era extremadamente pequeña y la misma para todas, independientemente del material de los electrodos.
• Robert Millikan determinó el valor de la carga del electrón gracias al experimento de la gota de aceite.

El núcleo atómico: protones y neutrones

• Henri Becquerel descubrió el fenómeno de la radiactividad natural a finales del siglo XIX.
• Ernest Rutherford identificó tres tipos de radiación provenientes del uranio: alfa, beta y gamma.
• Los experimentos de dispersión de Rutherford, bombardeando láminas de oro con partículas alfa, llevaron al descubrimiento del núcleo atómico.
• Rutherford observó que una pequeña fracción de partículas alfa era desviada o rebotaba, indicando la presencia de una carga positiva concentrada en el núcleo.
• James Chadwick descubrió el neutrón en 1932, una partícula sin carga con una masa similar a la del protón, componente esencial del núcleo atómico.

Características de las partículas subatómicas

• Las partículas subatómicas se caracterizan por tener masa, carga eléctrica y espín.
• El espín es una cualidad cuántica análoga a la rotación.
• Algunas partículas, como el fotón, tienen carga y masa cero.

El electrón

• El electrón es una partícula subatómica estable con carga negativa.
• Pertenece al grupo de los leptones y es la de menor masa.
• Es un componente esencial del átomo, pero puede existir aislado como electrones libres.
• Representa la carga eléctrica más pequeña en la naturaleza, y cualquier otra carga es múltiplo de ella.
• El electrón es responsable de la formación de enlaces químicos, así como de la conducción eléctrica y térmica.
• Exhibe un comportamiento dual de onda y partícula.

El protón

• El protón tiene una carga eléctrica de la misma magnitud que la del electrón, pero de signo positivo.
• No es una partícula elemental, sino que está compuesto por tres quarks unidos por gluones.
• Es mucho más masivo que el electrón.
• Se encuentra confinado en el núcleo atómico.
• La cantidad de protones determina el elemento y sus propiedades.

El neutrón

• El neutrón, junto con el protón, conforma el núcleo atómico.
• Está compuesto por tres quarks: dos de tipo "down" y uno de tipo "up".
• Es estable dentro del núcleo, pero como partícula libre decae con una vida media de unos 10.3 minutos.
• Su masa es ligeramente mayor que la del protón.
• No tiene carga neta.
• El número de neutrones determina el isótopo de un elemento.
• Los isótopos de un elemento son variantes del mismo con comportamientos diferentes.
• El hidrógeno tiene isótopos como el deuterio y el tritio.
• Bombardear ciertos compuestos de uranio y plutonio con neutrones puede inducir la fisión nuclear y liberar gran cantidad de energía.

Quarks

• Son los constituyentes de los protones y neutrones.
• Se han encontrado seis tipos de quarks.
• No existen como partículas libres, sino asociados para formar partículas compuestas.
• Su existencia se confirmó mediante experimentos realizados a partir de los años 60.

Otras Partículas

• A partir de 1930, se descubrieron nuevas partículas, muchas de ellas predichas por la teoría.
• El modelo estándar de partículas contempla la existencia de 17 tipos de partículas fundamentales: quarks, leptones, bosones y el bosón de Higgs.
• Cada partícula tiene su antipartícula, que al interaccionar se aniquilan generando nuevas partículas.
• Ejemplos de otras partículas: positrón (idéntico al electrón pero con carga positiva), neutrino (sin carga), mesones (bosones que son portadores de las interacciones fundamentales excepto la gravedad) y el bosón de Higgs (responsable de la masa).
• El gravitón es una partícula propuesta para explicar la gravedad, pero aún no hay evidencia de su existencia.