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¿Cuál es la partícula más pequeña del universo? ¿Qué pasa con la más grande?

¿Cuál es la partícula más pequeña del universo? Crédito de la imagen: Shutterstock

El universo es un lugar grande, pero está hecho de piezas pequeñas. El tabla periódica incluye elementos como oxígeno , carbono y otros componentes básicos que forman las estrellas, los gatos o las tazas de café. Pero desde principios del siglo XX, los científicos han estado pensando y encontrando partículas fundamentales cada vez más pequeñas, las más pequeñas que átomos que llenan el universo. Entonces, ¿cuál de estas partículas fundamentales es la más pequeña? Y, a la inversa, ¿cuál es la más grande?

Don Lincoln, científico principal del Laboratorio Nacional Acelerador Fermi Fermilab, cerca de Chicago, es uno de los científicos que intenta responder a esta pregunta. En Fermilab, los científicos usan un acelerador de partículas para aplastar partículas individuales y observar los escombros.o posibles nuevas partículas fundamentales, que surgen. Lincoln dijo que hay dos formas de medir el tamaño de las partículas: investigando su masa y midiendo su tamaño físico, como calcular el diámetro de una bola.

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En términos de masa, estas preguntas son relativamente simples de responder. La partícula de masa distinta de cero más baja que conocemos es la neutrino , dijo Lincoln. Sin embargo, señaló que no tenemos la medida exacta de la masa de un neutrino porque los instrumentos utilizados para calcular la masa de las partículas fundamentales no son lo suficientemente sensibles.

"Un neutrino es una partícula, una especie de fantasma del mundo subatómico", dijo Lincoln. Los neutrinos interactúan muy débilmente con la materia y son la segunda partícula más abundante después de los fotones que se comportan más como ondas que como partículas reales. De hecho, hay billones de neutrinos que pasan a través de usted en este mismo segundo. Los neutrinos no pesan casi nada y viajan cerca de la velocidad de la luz.

Un núcleo atómico está formado por neutrones, protones y electrones. Los protones y los neutrones tienen aproximadamente una décima parte del tamaño del núcleo en su conjunto, dijo Lincoln. Un electrón tiene una masa cercana a cero, pero en realidad pesa 500.000 vecesmás que un neutrino de nuevo, cuya medida exacta es imposible de hacer en este punto.

El tamaño de las partículas se puede medir investigando su masa o su tamaño físico. Crédito de la imagen: Shutterstock

Los físicos usan electronvoltios eV para medir la masa de partículas subatómicas, dijo Lincoln. Técnicamente, la unidad es eV / c ^ 2, en la que c es la velocidad de la luz. Un electronvoltio equivale aproximadamente a 1.6x10 ^-19 julios. Para simplificar las cosas, los físicos usan un conjunto de unidades en las que la velocidad de la luz es 1. Para calcular la masa de una partícula subatómica, entonces, usarías de Albert Einstein famosa ecuación E = mc ^ 2 para obtener la masa m en kilogramos.

Un electrón pesa 511.000 electronvoltios, lo que equivale a 9,11 x 10 ^ -31 kilogramos, según Lincoln. A modo de comparación, un protón típico en el núcleo de un átomo típico pesa 938 millones de electronvoltios, o 1,67 × 10 ^ -27 kg, dijo.

A la inversa, la partícula fundamental más grande en términos de masa que conocemos es una partícula llamada quark top, que mide la friolera de 172.5 mil millones de electronvoltios, según Lincoln. Los quarks son otra partícula fundamental que, hasta donde sabemos,no se puede dividir en más partes. Los científicos han encontrado seis tipos de quarks: arriba, abajo, extraño, encanto, inferior y superior. Los quarks arriba y abajo forman protones y neutrones, y pesan 3 millones y 5 millones de electronvoltios, respectivamente.En comparación, el quark top pesa 57.500 veces más que el quark up.

La pregunta sobre el tamaño físico es más difícil de responder. Conocemos el tamaño físico de algunas partículas, pero no las más pequeñas. Algunas partículas "diminutas" de las que la gente oye hablar en la vida diaria, como las partículas de virus, en realidad son bastante grandes.

Lincoln ofreció este sentido de escala: una partícula de virus típica tiene aproximadamente 250 a 400 nanómetros de largo un nanómetro es una mil millonésima parte de un metro, o 10 ^ -9 m, y el núcleo atómico típico mide aproximadamente 10 ^ -14 m0.00000000000001 m. Eso significa que un núcleo atómico es tan pequeño para un virus como un virus para nosotros.

Actualmente, el tamaño físico más pequeño que los científicos pueden medir con un acelerador de partículas es 2000 veces más pequeño que un protón, o 5 x 10 ^ -20 m. Hasta ahora, los científicos han podido determinar que los quarks son más pequeños que eso, pero noPor cuanto.

Publicado originalmente en Rhythm89.

JoAnna Wendel es una escritora científica independiente que vive en Portland, Oregón. Se dedica principalmente a la ciencia de la Tierra y del planeta, pero también le encanta el océano, los invertebrados, los líquenes y el musgo. El trabajo de JoAnna ha aparecido en Eos, Smithsonian Magazine, Knowable Magazine, Popular Science ymás. JoAnna también es dibujante científico y ha publicado cómics con Gizmodo, NASA, Science News for Students y más. Se graduó de la Universidad de Oregon con un título en ciencias generales porque no podía decidir cuál era su área de ciencia favorita. En su tiempo libre, a JoAnna le gusta caminar, leer, pintar, hacer crucigramas y pasar el rato.fuera con su gato, Pancake.