Ejercicio T4 · Física PAU Murcia Ordinaria 2023

Partículas elementales.

Solución: 1. Definición y Modelo Estándar: Las partículas elementales son los constituyentes fundamentales de la materia que carecen de estructura interna conocida. El Modelo Estándar de la física de partículas las clasifica según su espín y su papel en el universo en dos grandes grupos: fermiones (constituyentes de la materia, espín semientero $1/2$) y bosones (mediadores de las interacciones fundamentales, espín entero $0$ o $1$). 2. Fermiones (materia): Se dividen en 6 quarks y 6 leptones, organizados en tres generaciones o familias: - Quarks: Experimentan la interacción fuerte (además de la débil, electromagnética y gravitatoria). Tienen carga eléctrica fraccionaria ($+2/3$ o $-1/3$). - Tipos (sabores): up ($u$), down ($d$), charm ($c$), strange ($s$), top ($t$) y bottom ($b$). - Forman partículas compuestas llamadas hadrones: - *Bariones* (3 quarks): protón ($uud$), neutrón ($udd$). - *Mesones* (quark + antiquark): piones, kaones. - Leptones: No experimentan la interacción fuerte. - Con carga eléctrica ($-1$): electrón ($e^-$), muón ($\mu^-$), tau ($\tau^-$). - Neutros (carga $0$): neutrino electrónico ($\nu_e$), neutrino muónico ($\nu_\mu$), neutrino tauónico ($\nu_\tau$). 3. Bosones mediadores (interacciones fundamentales): Transmiten las fuerzas de la naturaleza: - Fotón ($\gamma$): Interacción electromagnética (masa nula, alcance infinito). - Gluones ($g$): Interacción nuclear fuerte (mantienen unidos los quarks dentro de los hadrones). - Bosones $W^+$, $W^-$ y $Z^0$: Interacción nuclear débil (responsables de desintegraciones $\beta$, masa elevada, muy corto alcance). - Gravitón: Bosón hipotético mediador de la interacción gravitatoria (espín 2, aún no detectado en el Modelo Estándar). - Bosón de Higgs ($H^0$): Escalar (espín 0), responsable del mecanismo por el cual las partículas adquieren masa. 4. Antimateria: A cada partícula elemental le corresponde una antipartícula con la misma masa y espín pero con cargas cuánticas opuestas (por ejemplo, el positrón $e^+$ es la antipartícula del electrón).