partícula elemental

En física de partículas, una partícula elemental (o fundamental) es una partícula subatómica que no está compuesta de otras partículas menores. Actualmente se considera que las partículas elementales incluyen los 12 fermiones fundamentales (6 quarks y 6 leptones) que básicamente constituyen la materia, así como sus correspondientes antiquarks y antileptones (la antimateria); y también los 5 bosones fundamentales (junto con sus antibosones) que son los portadores de las fuerzas que regulan las interacciones entre los fermiones, y de la masa. En cuanto al hipotético gravitón, véase su ficha.

partícula

Este sustantivo es el cultismo directo del sustantivo en latín clásico particula, que designaba ya en la Antigüedad una sección menor o fragmento pequeño de algo que no era un todo. Se había formado por el procedimiento habitual de construcción de diminutivos en latín, esto es, añadiendo a la raíz del sustantivo base pars, partis (“parte, sección, fragmento”) el sufijo -cul-, más la terminación femenina -a, puesto que pars, partis era de género gramatical femenino en latín (y así lo hemos heredado en nuestro idioma).

Algunas de las actuales partículas empezaron llamándose, entre los científicos, corpúsculos (esto es, “pequeños cuerpos”), término que también es un diminutivo, con el mismo sufijo -cul- añadido al sustantivo base corpus, corporis “cuerpo”, sólo que este sustantivo era de género gramatical neutro en latín, y por tanto ha pasado a masculino en español.

elemental

Este adjetivo deriva directamente de la raíz del sustantivo en latín elementum + el sufijo -al, también del latín -alis, que se utilizaba ya para formar adjetivos en esta lengua (a su vez se discute si en origen se trató de un préstamo tomado del etrusco -al + el sufijo adjetival en latín -is).

Dicho término elementum tenía en la Antigüedad, entre otras acepciones, las de “primera materia, principio, base, elemento” en ciencias (y de ahí su uso en Química, por ejemplo en la tabla periódica), pero también se aplicaba a las “letras del alfabeto”, e igualmente podía referirse a los tradicionales cuatro principios naturales (todavía llamados elementos: tierra, aire, agua y fuego). Su origen es incierto, y quizá derive en última instancia de L M N, las primeras tres letras de la segunda mitad del abecedario en latín; en este sentido, puede compararse con la expresión moderna “el ABC” para referirse a lo básico y fundamental, lo primero. Otras hipótesis basadas en distintos alfabetos anteriores al romano siguen igualmente pendientes de confirmación o refutación.

También hay quien prefiere relacionar elementum con el sustantivo equivalente en griego clásico στοιχεῖον (stoijéion) “elemento” y “letra”, contaminado quizá por otros términos como alimentum.

Para terminar, se ha pensado también en una posible derivación de un término no atestiguado , que designaría un objeto de marfil en forma de letra que se habría utilizado con fines didácticos para aprender a leer; se trataría de un préstamo ya antiguo del griego ἐλέφας (eléfas) “marfil”, quizá del acusativo ἐλέφαντα (eléfanta).

Este tipo de partículas elementales se llama así en honor a E. Fermi, científico italiano (nacido en Roma, en 1901), posteriormente naturalizado estadounidense (fallecido en Chicago, en 1954), reconocido como uno de los grandes físicos del siglo XX, tanto en el plano teórico como en el experimental.

Desarrolló el primer reactor nuclear, y contribuyó notablemente al avance de la teoría cuántica, la física nuclear, la física de partículas y la mecánica estadística. En 1938 recibió el Premio Nobel de Física, y en 1955 el elemento químico fermio (100 Fm), descubierto en 1952, recibiría esta denominación en su honor. Igualmente, le debe mucho el uso moderno de isótopos radioactivos en medicina para diagnóstico y tratamiento de distintas enfermedades.

Los fermiones son uno de los dos tipos básicos de partículas elementales que existen en la naturaleza (el otro tipo es el bosón). En el modelo normalizado de física (Standard Model o Modelo Estándar) existen dos tipos de fermiones fundamentales, los quarks y los leptones (más sus correspondientes antipartículas). Los fermiones se consideran los constituyentes básicos de la materia.

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Se trata de una palabra inventada por el científico estadounidense M. Gell-Mann, Premio Nobel de Física en 1969. En 1964, este físico había propuesto el llamado modelo de ocho partes (denominado posteriormente modelo de quarks), independientemente del físico ruso-estadounidense G. Zweig.

Durante un tiempo, Gell-Mann estuvo indeciso sobre cómo deletrear el término que pretendía acuñar para su modelo, hasta que encontró la palabra quark en el libro Finnegans Wake (1939) del escritor irlandés J. Joyce :

Three quarks for Muster Mark!

Sure he has not got much of a bark

And sure any he has it's all beside the mark

Se trata de un término obsoleto en inglés que significa “graznar”, actualmente croak, y ese fragmento de Joyce trata de un coro de pájaros que se burlan del rey Mark de Cornwall, en la leyenda de Tristán e Isolda.

De hecho, el propio Gell-Mann comentó ciertos detalles sobre este término en su libro de 1994 The Quark and the Jaguar: “en 1963, cuando asigné el nombre quark a los contituyentes fundamentales del nucleón, primero tenía el sonido, pero no cómo se deletrearía, que podría haber sido kwork. Entonces, en una de mis ocasionales relecturas de Finnegans Wake, de James Joyce, me encontré con la palabra quark en la frase Three quarks for Muster Mark. Puesto que quark (que significa, en primer lugar, el chillido de la gaviota) claramente rimaba con mark, lo mismo que con bark y otras palabras semejantes, tenía que encontrar una excusa para pronunciarlo como kwork (…). En cualquier caso, el número tres se ajustaba perfectamente con la manera en que los quarks se dan en la naturaleza.” Efectivamente, en aquel momento solo había tres quarks conocidos, y entonces los quarks se agrupaban en grupos de tres en los bariones.

Sin embargo, hay también una versión, especialmente extendida en las regiones de habla alemana, según la cual Joyce habría aprovechado la palabra Quark, que en alemán es un sustantivo que designa un tipo de producto lácteo (queso batido), pero que también en lenguaje coloquial se refiere a una tontería trivial. Según esta versión, se dice que el autor irlandés la había escuchado durante un viaje por Alemania, en un mercadillo de Friburgo.

Por su parte, G. Zweig prefería el nombre ace (“as”) para la partícula de su teoría, pero la terminología de Gell-Mann se impuso una vez que el modelo de quarks se hubo comúnmente aceptado.

Existen seis sabores de quarks, agrupados junto con los seis leptones en tres generaciones. Estos fermiones elementales masivos no se encuentran libres en la naturaleza, sino que interactúan fuertemente formando ciertos tipos de partículas llamadas hadrones. Estos se dividen en dos tipos, mesones y bariones (como protones y neutrones en los núcleos atómicos), por lo que, junto con los leptones, los quarks forman prácticamente toda la materia.

Para finalizar, hay que advertir que se usa aquí la ortografía inglesa, aunque desde 2017 la Real Academia de la Lengua incluye la forma españolizada cuark.

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Este tipo de fermiones recibió su nombre del término griego λεπτόn (leptón), forma neutra del adjetivo λεπτός (leptós) “pequeño, menudo, débil, delgado”, que además presentaba ya en versión original ese final en -ón convertido posteriormente en una especie de cómodo y fácilmente reconocible pseudosufijo científico.

La palabra aparece utilizada por primera vez por el físico belga L. Rosenfeld en su monografía Nuclear Forces (1948) para referirse a una partícula de masa pequeña, por sugerencia del físico y químico danés C. Møller.

Rosenfeld eligió el nombre porque los únicos leptones conocidos por entonces eran electrones y muones, cuyas masas son pequeñas comparadas con la de los nucleones. Todavía no podía sospechar que, sin embargo, la masa del leptón tau (descubierto a mediados de los años setenta) resultaría ser casi el doble de la del protón y unas 3500 veces la del electrón.

Existen seis sabores de leptones, agrupados junto con los seis quarks en tres generaciones, y dos clases principales: los leptones cargados (como el electrón y el muon) y los leptones neutros (más conocidos como neutrinos). Los primeros pueden combinarse con otras partículas para formar compuestos, como átomos y positronios, mientras que los neutrinos rara vez interactúan con algo, y por tanto se observan con mucha dificultad. El más conocido de todos los leptones es evidentemente el electrón, que es también el de menor masa de los cargados. El muon y el tau, más pesados, cambian con rapidez a electrones y neutrinos a través de un proceso de descomposición, al transformarse de un estado de mayor masa a otro de menor. Por eso los electrones son estables y los leptones cargados más abundantes en el universo, mientras que los muones y los taus sólo se pueden obtener en colisiones de alta energía, como las que se dan en rayos cósmicos o las producidas en aceleradores de partículas.

Como curiosidad, cabe añadir que todavía se llama así muy adecuadamente a la moneda de céntimo de euro en Grecia, siguiendo una tradición que se ha perpetuado desde el dracma de la Antigüedad, puesto que los griegos siempre han llamado así a la moneda de menor valor disponible en cada época.

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up

El quark up (arriba) es un constituyente principal de la materia: junto con el quark down (abajo; véase su ficha) forma los neutrones (1 up, 2 down) y los protones (2 up, 1 down) de los núcleos atómicos. Ambos son parte de la primera generación de fermiones.

Su existencia, junto con la de los quarks down y strange (extraño; véase su ficha), fue postulada en 1964 por el físico estadounidense M. Gell-Mann e, independientemente, su colega de origen ruso, G. Zweig, para explicar el esquema de clasificación de hadrones en ocho partes. Este esquema había sido a su vez una teoría desde que en 1961 la propusieran el propio Gell-Mann y, también independientemente, el físico teórico israelí Y. Ne'eman.

Sin embargo, sería en 1968, cuando el quark up fue observado en experimentos realizados en el Stanford Linear Accelerator Center (SLAC, en California).

En cuanto al nombre, los quarks up y down se llamaron así por los componentes arriba (up) y abajo (down) del isoespín del cual son los portadores.

antiup

Como todas las partículas elementales, el quark up tiene una antipartícula correspondiente, con la misma masa y el mismo espín, pero con carga opuesta, que es este antiup. Un nombre alternativo que también se usa es up antiquark.

En general, el nombre de estas partículas no es más que el resultado de añadir el prefijo anti- (que significa contrario, transliterado del griego ἀντι-, con el mismo sentido) al nombre de la partícula “normal” que se da en la materia con la que interactuamos normalmente.

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down

El quark down (abajo) es un constituyente principal de la materia: junto con el quark up (arriba; véase su ficha) forma los neutrones (1 up, 2 down) y los protones (2 up, 1 down) de los núcleos atómicos. Ambos son parte de la primera generación de fermiones.

Su existencia, junto con la de los quarks up y strange (extraño; véase su ficha), fue postulada en 1964 por el físico estadounidense M. Gell-Mann e, independientemente, su colega de origen ruso, G. Zweig, para explicar el esquema de clasificación de hadrones en ocho partes. Este esquema había sido a su vez una teoría desde que en 1961 la propusieran el propio Gell-Mann y, también independientemente, el físico teórico israelí Y. Ne'eman.

Sin embargo, sería en 1968, cuando el quark down fue observado en experimentos realizados en el Stanford Linear Accelerator Center (SLAC, en California).

En cuanto al nombre, los quarks up y down se llamaron así por los componentes arriba (up) y abajo (down) del isoespín del cual son los portadores.

antidown

Como todas las partículas elementales, el quark down tiene una antipartícula correspondiente, con la misma masa y el mismo espín, pero con carga opuesta, que es este antidown. Un nombre alternativo que también se usa es down antiquark.

En general, el nombre de estas partículas no es más que el resultado de añadir el prefijo anti- (que significa contrario, transliterado del griego ἀντι-, con el mismo sentido) al nombre de la partícula “normal” que se da en la materia con la que interactuamos normalmente.

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charm

Se había especulado sobre la existencia de un cuarto quark desde la propuesta del esquema de hadrones en ocho partes hecha en 1964 por M. Gell-Mann y G. Zweig, que incluían los tres primeros quarks, esto es, strange, up y down (extraño, arriba y abajo; véanse sus fichas).

Se acredita en concreto su predicción a tres físicos, el estadounidense S. L. Glashow, el griego J. Iliopoulos (el primero en presentar en un solo informe el Modelo Normalizado de física de partículas, también denominado Modelo Estándar a partir del original en inglés, Standard Model), y el sanmarinense L. Maiani, en 1970. Propusieron el llamado mecanismo GIM, que requería que los quarks debían existir por pares dentro de su respectiva generación, lo mismo que los cuatro leptones conocidos por entonces (electrón y neutrino electrónico, muon y neutrino muónico; véanse sus fichas), por lo que debería existir esa pareja para el quark strange dentro de la segunda generación de fermiones.

En cuanto al nombre, se suele mencionar la cita del propio Glashow: “Denominamos nuestro constructo quark encantado (charmed en el original) porque estábamos fascinados y complacidos por la simetría que traía al mundo subnuclear”.

La primera partícula encantada (una partícula que contenía el quark charm) en ser descubierta fue el mesón J/ψ, en 1974, en dos centros de investigación distintos, el Stanford Linear Accelerator Center (SLAC, en California), dirigido por el físico estadounidense B. Richter, y el Brookhaven National Laboratory (BNL, en Nueva York), dirigido por el científico chino-estadounidense S. C. C. Ting; ambos obtuvieron por ello el Premio Nobel en 1976. Sería el principio de una serie de avances llamados en conjunto Revolución de Noviembre.

Este quark dota a los hadrones que forma de un número cuántico llamado coherentemente charm.

En cuanto al nombre, se llamó en principio charmed (encantado), participio de to charm (encantar), como aparece en la cita del propio Glashow, junto a los también participios fascinated y pleased (que aquí se han traducido, referidos a los propios científicos, como fascinados y complacidos); pero posteriormente se adoptó la forma del sustantivo correspondiente, charm. En castellano se denomina encantado y encanto, traduciendo respectivamente, y siguiendo al original en inglés, el participio y el sustantivo de la misma raíz del verbo encantar.

anticharm

Como todas las partículas elementales, el quark charm tiene una antipartícula correspondiente, con la misma masa y el mismo espín, pero con carga opuesta, que es este anticharm. Un nombre alternativo que también se usa es charm antiquark.

En general, el nombre de estas partículas no es más que el resultado de añadir el prefijo anti- (que significa contrario, transliterado del griego ἀντι-, con el mismo sentido) al nombre de la partícula “normal” que se da en la materia con la que interactuamos normalmente.

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strange

Aunque las primeras partículas strange, los kaones, se habían descubierto ya entre 1947 y 1951, un primer paso en la teoría que llevaría a la situación actual se dio en 1961, por una parte por el físico estadounidense M. Gell-Mann (Premio Nobel en 1969), y por otra e independientemente por su colega israelí el físico teórico Y. Ne'eman. El avance siguiente llegaría en 1964, de nuevo de forma independiente, a cargo del propio M. Gell-Mann y, esta vez, el físico ruso-estadounidense G. Zweig: postularon la existencia del quark strange propiamente dicho (junto con las de los quarks up y down) para explicar el esquema de clasificación de hadrones en ocho partes, el antecesor del modelo de quarks posterior. Sin embargo, la primera prueba de la existencia de estos tres primeros quarks llegó en 1968, en el Stanford Linear Accelerator Center (SLAC, en California).

En efecto, se trataba de explicar la enorme variedad (hasta varias docenas) de hadrones observados hasta dicho año 1964, los cuales no podrían existir sólo con combinaciones de quarks up (arriba) y down (abajo). De hecho, su abreviatura oficial, s, en un principio se debía seguramente a la inicial del término inglés sideways (de lado), referido a su isoespín, en contraposición al de arriba y abajo. Pero más tarde recibiría el nombre actual, strange (extraño) convenientemente con la misma letra inicial, porque forma parte de lo que se conocían entonces como partículas extrañas, que tenían una vida media "extrañamente" superior a la esperada.

Este quark dota a los hadrones que forma de un número cuántico llamado, como era de esperar, strangeness (extrañeza), concepto desarrollado, antes del propio descubrimiento mediante acelerador, por el mencionado M. Gell-Mann (ya en 1953) y su colega japonés K. Nishijima (en 1955), los cuales darían lugar a la fórmula que lleva su nombre y que trata de explicar esa extrañeza.

Se utiliza aquí, por razones de conveniencia, el término inglés, aunque actualmente se utiliza también la denominación españolizada alternativa cuark extraño.

antistrange

Como todas las partículas elementales, el quark strange tiene una antipartícula correspondiente, con la misma masa y el mismo espín, pero con carga opuesta, que es este antistrange. Un nombre alternativo que también se usa es antiquark strange.

En general, el nombre de estas partículas no es más que el resultado de añadir el prefijo anti- (que significa contrario, transliterado del griego ἀντι-, con el mismo sentido) al nombre de la partícula “normal” que se da en la materia con la que interactuamos normalmente.

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top

Tanto este quark como el bottom (véase su ficha) fueron descritos por primera vez como hipótesis teórica en 1973, por los físicos japoneses M. Kobayashi y T. Maskawa, para explicar el fenómeno denominado en física de partículas violación CP. Recibirían por ello el Premio Nobel de Física en 2008. Se habían basado en los trabajos anteriores sobre el denominado mecanismo GIM que buscaban el quark charm (véase su ficha), y sus ideas se verían reforzadas después por el descubrimiento del leptón tau (véase su ficha) entre 1974 y 1978, que iniciaba una nueva generación de fermiones, la tercera y (al menos hasta hoy) definitiva. Al romperse así la simetría entre leptones y quarks, se necesitaba, para restaurarla, que hubiera un quinto y un sexto quarks.

Efectivamente, tras el hallazgo del quinto quark, el bottom (véase su ficha) en 1977, todo apuntaba a la existencia del sexto y último quark, del que se sabía que sería más pesado que aquel, lo que requería más energía para generarlo en colisiones de partículas. Sólo que se tardarían otros 18 años en observarlo.

Cuando, a comienzos de los años ochenta, el SPS (Super Proton Synchrotron, esto es, el Súper sincrotrón de protones) del CERN (Conseil Européen pour la Recherche Núcleaire, Consejo europeo para la investigación nuclear, en Suiza, hoy denominado Organización) descubrió los bosones W y Z (véanse sus fichas), parecía que llegar al último quark era algo próximo. Sin embargo, ningún acelerador del momento era capaz de generar la energía suficiente para lograr el objetivo.

Entró en la competición el equipo estadounidense del Fermilab (Fermi National Accelerator Laboratory, en el estado de Illinois) con su acelerador Tevatrón, el único colisionador lo suficientemente potente por entonces para la tarea. Para ello, y con vistas a que se pudiera confirmar un futuro descubrimiento, un segundo detector, el DZero, se añadió al complejo, además del CDF (Collider Detector at Fermilab), ya operativo. Se produjeron varios experimentos con resultados prometedores entre 1992 y 1994, hasta que por fin, en 1995, ambos grupos emitieron un informe unificado anunciando el descubrimiento del quark top y su masa.

El nombre top (cima) fue introducido en 1975 por el físico teórico israelí H. Harari, por analogía con los quarks de primera generación ya conocidos con los nombres de up (arriba) y down (abajo). También sería el introductor del nombre del penúltimo quark en ser descubierto, llamado convenientemente bottom (esto es, fondo; véase su ficha). Según sus propias palabras, “eran los correlatos lógicos para los quarks up y down”.

Nombres alternativos para los quarks bottom y top eran, respectivamente, beauty (belleza) y truth (verdad), aunque hoy día prácticamente obsoletos. Se ha especulado sobre la posibilidad de que el origen de este par de términos esté en el hecho de que ambos sustantivos aparecen relacionados en el verso 49 del poema Oda a una urna griega, de 1819, obra del poeta romántico inglés J. Keats, a su vez inspirado por el adagio de la Grecia clásica: “Sólo la belleza es verdadera, sólo la verdad es bella”. Mientras que truth realmente nunca llegó a cuajar, las instalaciones complejas de aceleradores que se dedican a la producción masiva de estos quarks se llaman a veces beauty factories (fábricas de belleza).

A efectos de este trabajo se ha utilizado la denominación original en inglés, bottom quark, pero también se utilizan los términos traducidos y españolizados cuark cima (y anticuark cima para su antipartícula).

antitop

Como suele ocurrir con las partículas elementales, el quark top tiene una antipartícula correspondiente, con la misma masa y el mismo espín, pero con carga opuesta, que es este antitop. Un nombre alternativo que también se usa es top antiquark.

En general, el nombre de estas partículas no es más que el resultado de añadir el prefijo anti- (que significa contrario, transliterado del griego ἀντι-, con el mismo sentido) al nombre de la partícula “normal” que se da en la materia con la que interactuamos normalmente.

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bottom

Este quark de tercera generación fue descrito por primera vez como hipótesis teórica en 1973, por los físicos japoneses M. Kobayashi y T. Maskawa, para explicar el fenómeno denominado en física de partículas violación CP. Recibirían por ello el Premio Nobel de Física en 2008.

El nombre bottom (fondo) fue introducido en 1975 por el físico teórico israelí H. Harari, por analogía con los quarks de primera generación ya conocidos con los nombres de up (arriba) y down (abajo). También sería el introductor del nombre del último quark en ser descubierto, llamado convenientemente top (esto es, cima; véase su ficha). Según sus propias palabras, “eran los correlatos lógicos para los quarks up y down”.

Nombres alternativos para los quarks bottom y top eran, respectivamente, beauty (belleza) y truth (verdad), aunque hoy día prácticamente obsoletos. Se ha especulado sobre la posibilidad de que el origen de este par de términos esté en el hecho de que ambos sustantivos aparecen relacionados en el verso 49 del poema Oda a una urna griega, de 1819, obra del poeta romántico inglés J. Keats, a su vez inspirado por el adagio de la Grecia clásica: “Sólo la belleza es verdadera, sólo la verdad es bella”. Mientras que truth realmente nunca llegó a cuajar, las instalaciones complejas de aceleradores que se dedican a la producción masiva de estos quarks se llaman a veces beauty factories (fábricas de belleza).

Este quark bottom fue por fin observado y descubierto en 1977, en el Fermilab (Fermi National Accelerator Laboratory, en el estado de Illinois, USA), por el equipo del experimento E288, dirigido por el físico estadounidense L. M. Lederman, quien recibiría el Premio Nobel en 1988. El hallazgo no resultó inesperado, ya que poco antes se había descubierto el leptón tau, la primera partícula de tercera generación (véase su ficha), por lo que se pensó que, si había tres generaciones de leptones, sería coherente (y simétrico) que hubiera también tres generaciones de quarks.

Posteriormente, confirmarían su existencia otros experimentos llevados a cabo en las instalaciones europeas del DESY (Deutsches Elektronen-Synchrotron, esto es, el Sincrotrón de electrones alemán, en Hamburgo).

Las colisiones del experimento original en el Fermilab produjeron el mesón denominado bottomonium (traducido a veces como fondonio), término formado añadiendo a bottom la terminación -onium, (-onio en nuestro idioma), extraída directamente como sufijo del latín (plural también en latín, -onia), y que suele emplearse en física de partículas para referirse a un estado o sistema cuasiestable compuesto por una partícula y su antipartícula, como, por ejemplo, el positronio.

A efectos de este trabajo se ha utilizado la denominación original en inglés, bottom quark, pero también se utilizan los términos traducidos y españolizados cuark fondo (y anticuark fondo para su antipartícula).

antibottom

Como suele ocurrir con las partículas elementales, el quark bottom tiene una antipartícula correspondiente, con la misma masa y el mismo espín, pero con carga opuesta, que es este antibottom. Un nombre alternativo que también se usa es bottom antiquark.

En general, el nombre de estas partículas no es más que el resultado de añadir el prefijo anti- (que significa contrario, transliterado del griego ἀντι-, con el mismo sentido) al nombre de la partícula “normal” que se da en la materia con la que interactuamos normalmente.

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electrón

El nombre de esta partícula elemental es la adaptación al español del término inglés electron, basado en el latín electrum “ámbar” (aunque también, por su parecido color y brillo, se llamaba así a cierta aleación de oro y plata), a su vez una transliteración del término griego ἤλεκτρον, material con el que en la Antigüedad se demostraban ciertos fenómenos físicos que ahora sabemos que se justifican por cargas eléctricas.

En efecto, los griegos de la Antigüedad se dieron cuenta de que el ámbar atraía pequeños objetos cuando se frotaba con cuero o lana. Junto con el rayo, este fenómeno es una de las primeras experiencias registradas por la humanidad sobre electricidad. Mucho más tarde, en su tratado de 1600 titulado De magnete, magneticisque corporibus, et de magno magnete Tellure (Sobre el imán y los cuerpos magnéticos y sobre el gran imán la Tierra), el científico inglés W. Gilbert acuñaba el término neolatino electrica para referirse a aquellas sustancias que tenían propiedades similares al ámbar para atraer pequeños objetos por frotamiento.

En 1874 el científico irlandés G. J. Stoney acuñó el término original electrine, simple adaptación al inglés del latín electrinum (a su vez tomado del griego hlektrinon “hecho de ámbar”), pero posteriormente lo cambió, primero a electrolion, y finalmente, en 1891, a electrion, a partir de electric + ion. Por su parte, el término ion deriva de la terminación de anión y catión, a su vez compuestos en griego de ion, forma neutra del participio del verbo “ir”; lo había acuñado el polímata inglés W. Whewell en 1834 para su insigne compatriota M. Faraday, quien lo introdujo en la comunidad científica ese mismo año.

En 1897 el físico británico J. J. Thomson, premio Nobel de Física en 1906, demostró por fin su existencia, y, de hecho, sería la primera partícula subatómica en ser descubierta: el átomo, a pesar de su nombre (“indivisible” en griego ἄτομος) sí estaba compuesto por elementos todavía más pequeños. Lo llamó en principio corpuscle “corpúsculo”, del latín corpusculum, el diminutivo de corpus “cuerpo”. Ese mismo año, sin embargo, en lugar del nombre electrion que había propuesto Stoney, el físico holandés H. Lorentz impuso la versión abreviada definitiva electron. De esta primera partícula se extraería el sufijo usual en ciencias -on (véanse las fichas del fotón y los bosones).

positrón

En 1928 el físico teórico inglés P. A. M. Dirac ya había propuesto la existencia de una partícula con carga opuesta al electrón, pero sería el estadounidense C. D. Anderson quien, en 1931, demuestra la existencia del “electrón con carga positiva”. Recibe el Premio Nobel en 1936, año en que también descubre el muón, otra partícula subatómica. Fue el primero de los grandes descubrimientos que ayudaron a los físicos a establecer el principio fundamental de que cada partícula tiene su propia antipartícula.

El término no es más que un neologismo formado convenientemente por el principio y el final de la expresión original en inglés positive electron o su alternativa positively charged electron, llamado posteriormente y por abreviar positron, esto es, en castellano positrón. El término se aceptó esta vez sin discusión, sobre todo porque mantenía un final entendido como una especie de sufijo ad hoc sacado de su contrapartida con carga negativa ya conocida desde 1897, el electrón, con el que quedaba ligado incluso lingüísticamente, no sólo físicamente.

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neutrino electrónico

Entre 1930 el físico teórico austríaco W. E. Pauli propuso la hipótesis de la existencia de esta partícula para dar cuenta de la falta de momento y pérdida de energía de la desintegración beta. El nombre que acuñó para esta partícula todavía teórica fue en un principio neutrón.

Sin embargo, cuando el físico británico J. Chadwick (Premio Nobel en 1935) descubrió en 1932 una partícula nuclear mucho más masiva y también la llamó neutrón, surgió la necesidad de modificar el nombre.

Para acabar con la confusión terminológica, el físico italiano E. Fermi, creador del primer reactor nuclear, introdujo el término neutrino en 1934, a raíz de una conversación con su colega E. Amaldi, a quien se le había ocurrido tal denominación como un juego de palabras a partir del término italiano neutrone, el equivalente en este idioma al neutron (en inglés) de Chadwick: la terminación -one puede ser un sufijo aumentativo en italiano, de forma que neutrone podría entenderse, con cierto humor, como “gran cosa neutra”, mientras que -ino es el sufijo diminutivo en italiano, de forma que la partícula propuesta por Pauli sería su versión diminuta, “pequeña cosa neutra”.

En cuanto a su descubrimiento experimental que demostrara que esta hipótesis era correcta, en 1956 se realizó el experimento de neutrinos Cowan-Reines, que recibe el nombre por los directores del equipo responsable del mismo, los físicos estadounidenses C. L. Cowan y F. Reines (quien recibiría, en nombre de ambos, el Premio Nobel en 1995).

Por último, a partir de 1962, tras el descubrimiento efectivo de un segundo neutrino, previamente teorizado, se vio la importancia de distinguir entre diferentes tipos de neutrinos. Por ello, el de Pauli se identifica ahora, puesto que forma junto con el electrón la primera generación de leptones, como neutrino electrónico, mientas que el segundo, junto con el muon, es el neutrino muónico (véase su ficha).

antineutrino electrónico

Como todas las partículas elementales, el neutrino electrónico debería tener una antipartícula correspondiente con carga opuesta, que sería el antineutrino electrónico.

A la mayor parte de las partículas de la naturaleza le corresponde una antipartícula que posee la misma masa y el mismo espín, pero contraria carga eléctrica. Sin embargo, algunas partículas son idénticas a su antipartícula, como por ejemplo el fotón, que no tiene carga. Del mismo modo, a efectos de este trabajo el neutrino es ya su propia antipartícula.

Una cuestión de primer orden en física de partículas es si un neutrino y su antineutrino son en realidad la misma partícula, en cuyo caso se trataría de un fermión Majorana, o bien se trata de partículas distintas, en cuyo caso serían fermiones Dirac.

En general, el nombre de estas partículas no es más que el resultado de añadir el prefijo anti- (que significa contrario, transliterado del griego ἀντι-, con el mismo sentido) al nombre de la partícula “normal” que se da en la materia con la que interactuamos normalmente.

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muon

Este término está tomado directamente del inglés muon, y se utiliza aquí con la ortografía sin tilde adoptada por la RAE desde 2017 para palabras monosilábicas en nuestro idioma (anteriormente se escribía muón, hoy día obsoleto).

La partícula fue descubierta por los físicos estadounidenses C. Anderson (Premio Nobel y descubridor también del positrón) y S. Neddermeyer (desarrollador de armas nucleares en los años cuarenta) en 1936, y confirmada su existencia posteriormente por sus colegas J. C. Street y E. C. Stevenson en 1937, mientras estudiaban la radiación cósmica, al detectar la presencia de partículas que se curvaban al pasar por un campo electromagnético de forma distinta a los electrones y a otras partículas conocidas, con una curvatura intermedia entre el electrón y el protón.

Precisamente ese carácter intermedio hizo que se denominara en un principio mesotrón, término formado añadiendo el sufijo -tron (véase la ficha del electrón y positrón) a la raíz del adjetivo griego μέσος (mésos) “(inter)medio”. Pero, al aparecer más tarde nuevas partículas intermedias que adoptaron el nombre genérico de mesones, se vio la necesidad de diferenciar tal partícula, que pasó a llamarse mesón-µ. a partir de la letra griega µ (la mü del alfabeto clásico, que en Filología Clásica en general y en Filología Griega en particular se pronuncia mi, aunque en ciencias se suele pronunciar mu) con la que empezaba precisamente el mencionado adjetivo.

El mesón-µ divergía significativamente de otros mesones, y más tarde se consideró que, mientras que los otros mesones eran hadrones (partículas ya no elementales, sino formadas por quarks), sin embargo los muones sí eran partículas elementales (del tipo de los leptones, no del de los quarks) similares a los electrones, por lo que dejaron de incluirse entre los mesones y denominarse como ellos, y se llegó al término actual muon: al nombre de la letra griega, pronunciado a la manera de las ciencias, sólo había que añadir el consabido sufijo científico -on (para este sufijo, véase la ficha de los bosones, por ejemplo).

antimuón

Como todas las partículas elementales, el muon tiene una antipartícula correspondiente de carga opuesta pero masa y spin iguales, que es este antimuón (llamado a veces muon positivo).

En general, el nombre de estas partículas no es más que el resultado de añadir el prefijo anti- (que significa contrario, transliterado del griego ἀντι-, con el mismo sentido) al nombre de la partícula “normal” que se da en la materia con la que interactuamos normalmente.

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neutrino muónico

La existencia del neutrino muónico fue primero una teoría hipotética propuesta por varios científicos en los años cuarenta. Uno de los nombres propuestos en principio, pero que luego no cuajó, fue el de neutretto, a la italiana. Como primer documento sobre esta partícula se considera el artículo de los físicos japoneses S. Sakata y T. Inoue, de 1942, en que desarrollan su teoría de dos mesones, y que también implicaba dos neutrinos.

En 1962, los físicos estadounidenses L. M. Lederman y M. Schwartz, junto con su colega de origen alemán J. Steinberger, demostraron su existencia en un experimento realizado en el Brookhaven National Laboratory (Nueva York). Por ello recibieron en 1988 el Premio Nobel.

En cuanto al nombre neutrino, véase la ficha del neutrino electrónico.

En cuanto a la denominación muónico, se debe a que pertenece a la segunda generación de leptones, junto con el muon (véase su ficha).

Habría que esperar más de diez años para que se descubriera el primer leptón de tercera generación, el tau (véase su ficha), y todavía otras dos décadas más para el descubrimiento del neutrino de tercera generación, el neutrino tautónico (véase su ficha).

antineutrino muónico

Como todas las partículas elementales, el neutrino muónico debería tener una antipartícula correspondiente con carga opuesta, que sería el antineutrino muónico.

A la mayor parte de las partículas de la naturaleza le corresponde una antipartícula que posee la misma masa y el mismo espín, pero contraria carga eléctrica. Sin embargo, algunas partículas son idénticas a su antipartícula, como por ejemplo el fotón, que no tiene carga. Del mismo modo, a efectos de este trabajo el neutrino es ya su propia antipartícula.

Una cuestión de primer orden en física de partículas es si un neutrino y su antineutrino son en realidad la misma partícula, en cuyo caso se trataría de un fermión Majorana, o bien se trata de partículas distintas, en cuyo caso serían fermiones Dirac.

En general, el nombre de estas partículas no es más que el resultado de añadir el prefijo anti- (que significa contrario, transliterado del griego ἀντι-, con el mismo sentido) al nombre de la partícula “normal” que se da en la materia con la que interactuamos normalmente.

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tau

La búsqueda de esta partícula empezó en 1960 en las instalaciones del CERN (Conseil Européen pour la Recherche Núcleaire, Consejo europeo para la investigación nuclear, en Suiza, hoy denominado Organización), a cargo del grupo de trabajo BCF (Bologna-CERN-Frascati), dirigido por el físico italiano A. Zichichi, quien discurrió la existencia de un nuevo leptón pesado, al que ahora se denomina tau, e inventó un método para encontrarlo: realizó experimentos mediante el colisionador ADONE en la localidad italiana de Frascati en 1969, pero este acelerador no disponía de la energía suficiente.

El leptón tau fue anticipado de forma independiente también en un artículo de 1971, obra del físico teórico de partículas, estadounidense de origen taiwanés, Yung-su Tsai. A partir de esta teoría, se llegó al descubrimiento mediante la detección en una serie de experimentos llevados a cabo entre 1974 y 1977 por el ingeniero químico y físico estadounidense M. L. Perl, junto con sus colegas y los del propio Tsai, en el Stanford Linear Accelerator Center (SLAC, en California), y el grupo de trabajo del Lawrence Berkely National Laboratory (LBL, también en California). El equipamiento utilizado consistía en el entonces nuevo anillo colisionador de electrones-positrones del SLAC, denominado SPEAR, y el detector magnético del LBL. Con ello se podía detectar y distinguir entre leptones, hadrones y fotones; no se detectó el leptón tau directamente, sin embargo, sino más bien ciertas anomalías en la desintegración de las partículas generadas en las colisiones. Estas anomalías debían deberse a dos partículas muy masivas hasta entonces desconocidas, que resultarían identificadas precisamente más tarde como tau y antitau.

La masa y el espín de tau quedarían establecidos ya posteriormente, en experimentos llevados a cabo tanto en el DESY (Deutsches Elektronen-Synchrotron, esto es, el Sincrotrón de electrones alemán, en Hamburgo) mediante el DASP (Double Arm Spectrometer, Espectrómetro de doble brazo) como en el SLAC mediante el DELCO (Direct Electron Counter, Contador directo de electrones). Y Perl, a su vez, recibiría por su descubrimiento en 1995 el Premio Nobel de Física, compartido con su colega y compatriota F. Reines (por el descubrimiento del neutrino).

El nombre tau es el de la letra griega τ, que es la inicial del adjetivo numeral ordinal τρίτον (tríton) “tercero” en griego clásico, a raíz de ser el tercer leptón con carga en ser descubierto, e iniciar así la tercera generación de fermiones; y, al igual que las otras dos, tau también lleva asociado su propio neutrino, llamado neutrino tauónico (véase su ficha) a partir del nombre alternativo de la partícula, tauon, que se forma añadiendo al nombre de esa letra griega el consabido sufijo -on propio de la física y la química (véanse las fichas del electrón o los bosones, por ejemplo).

antitau

Como todas las partículas elementales, el leptón tau tiene una antipartícula correspondiente, con la misma masa y el mismo espín, pero con carga opuesta, que es este antitau. Un nombre alternativo que también se usa es tau positivo.

En general, el nombre de estas partículas no es más que el resultado de añadir el prefijo anti- (que significa contrario, transliterado del griego ἀντι-, con el mismo sentido) al nombre de la partícula “normal” que se da en la materia con la que interactuamos normalmente.

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neutrino tauónico

Su existencia se dedujo inmediatamente después de detectar la partícula tau en una serie de experimentos llevados a cabo entre 1974 y 1977 por un equipo dirigido por el ingeniero químico y físico estadounidense M. L. Perl, en el Stanford Linear Accelerator Center (SLAC, en California), y el grupo de trabajo del Lawrence Berkely National Laboratory (LBL, también en California).

El descubrimiento en observación experimental tardaría todavía más de dos décadas, puesto que se anunció en julio del año 2000, en el experimento DONUT, acrónimo en inglés de Direct Observation of the Nu Tau (nu es como se denomina en ciencias a la letra griega ν, símbolo del neutrino, aunque en Filogía Griega se lee nü), desarrollado en las instalaciones del Fermilab (Fermi National Accelerator Laboratory, en el estado de Illinois, USA), desarrollado en la década anterior con ese objetivo específico.

Es por tanto el último leptón (y el último fermión) en descubrirse, y la penúltima partícula (sólo faltaba el bosón Higgs) en entrar en el Modelo Normalizado (Standard Model o Modelo Standard) actualmente aceptado; con ello se ajustaba la simetría del sistema de fermiones.

En cuanto al nombre neutrino, véase la ficha del neutrino electrónico.

En cuanto a la denominación tauónico, se debe a que pertenece a la tercera generación de leptones, formando pareja con el tau, aprovechando precisamente el nombre alternativo tauon para esa partícula tau (véase su ficha), a juego con las correspondencias previamente establecidas electrón-neutrino electrónico (primera generación) y muon-neutrino muónico (segunda generación).

En lugar de neutrino tauónico, hay quien emplea el nombre alternativo tau neutrino, e incluso tauon neutrino.

antineutrino tauónico

Como ocurre en general con las partículas elementales, el neutrino tauónico debería tener una antipartícula correspondiente con carga opuesta, que sería el antineutrino tauónico (otro nombre alternativo es tau antineutrino).

A la mayor parte de las partículas de la naturaleza le corresponde una antipartícula que posee la misma masa y el mismo espín, pero contraria carga eléctrica. Sin embargo, algunas partículas son idénticas a su antipartícula, como por ejemplo el fotón, que no tiene carga. Del mismo modo, a efectos de este trabajo el neutrino es ya su propia antipartícula.

Una cuestión de primer orden en física de partículas es si un neutrino y su antineutrino son en realidad la misma partícula, en cuyo caso se trataría de un fermión Majorana, o bien se trata de partículas distintas, en cuyo caso serían fermiones Dirac.

En general, el nombre de estas partículas no es más que el resultado de añadir el prefijo anti- (que significa contrario, transliterado del griego ἀντι-, con el mismo sentido) al nombre de la partícula “normal” que se da en la materia con la que interactuamos normalmente.

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El término bosón es la adaptación al español del sustantivo inglés boson, acuñado por el físico teórico británico P. A. M. Dirac en 1945, en una conferencia titulada Desarrollos en teoría atómica.

Así conmemoraba la contribución del físico indio S. N. Bose, profesor de física en las universidades de Calcuta (India) y Daca (Bangladés), quien desarrolló, junto con A. Einstein, la teoría que caracteriza tales partículas, conocida actualmente como estadísiticas de Bose-Einstein.

Este nombre se formó añadiendo al apellido de Bose el sufijo -on, sacado del término electron, esto es, electrón en castellano (véase esta ficha), reforzado por el prestigio del griego -ον (-on), terminación habitual de sustantivos y adjetivos neutros. En química lo encontramos también, extraído de carbon (6 carbono) y aplicado por primera vez a boron (5 boro) y luego a silicon (14 silicio). Resultaba muy útil para denominar partículas subatómicas, desde el protón hasta el fotón, e igualmente gases nobles como el xenon (54 xenón).

Mientras que las 12 partículas elementales que constituyen la materia ordinaria (6 leptones y 6 quarks) son fermiones, los 5 bosones elementales desempeñan un papel especial en física de partículas: según el Modelo Normalizado (comúnmente llamado Modelo Estándar a partir del original en inglés Standard Model), el bosón Higgs da cuenta de la masa, mientras que el fotón se comporta como portador de fuerza del campo electromagnético, los gluones se encargan de la fuerza nuclear fuerte, y los bosones Z y W tienen que ver con la fuerza nuclear débil.

Existen teorías sobre un bosón más, llamado gravitón, supuesto responsable de la gravedad, pero hasta ahora han fallado todos los intentos de incorporar la atracción gravitacional al Modelo Normalizado.

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fotón

El nombre de esta partícula es la adaptación al castellano del término inglés photon, a su vez derivado de la raíz del sustantivo griego φῶς (fos, como en fósforo), en genitivo φwt- (fot-) “luz”, más el sufijo científico -on (sobre este sufijo véanse las fichas del electrón y de los bosones).

Como otras partículas elementales, los fotones se suelen explicar mejor mediante mecánica cuántica, y muestran dualidad onda/partícula, al comportarse como ambas. El concepto moderno de fotón se originó durante las dos primeras décadas del siglo XX con la obra del insigne A. Einstein, quien se basó en la investigación de otro gigante, el Premio Nobel de Física de 1918, el físico teórico alemán M. K. E. L. Planck, y a su vez fue la base para el trabajo del científico estadounidense G. N. Lewis, quien finalmente acuñó el término actual en una carta a la revista Nature, de 18 de diciembre de 1926.

En realidad este término se había utilizado con anterioridad, pero nunca se había adoptado mayoritariamente antes de Lewis: en 1916 lo usa el científico también estadounidense L. T. Troland, en 1921 el físico irlandés J. Joly, en 1924 el científico francés R. Wurmser, y ya en 1926 también el físico igualmente francés F. Wolfers. El nombre se propuso en principio como una unidad relacionada con la iluminación del ojo y la sensación de luz resultante, y se utilizó posteriormente en un contexto fisiológico. Aunque las teorías de Wolfers y Lewis quedaron refutadas por múltiples experimentos y nunca se aceptaron, el nuevo nombre sí fue adoptado por la mayoría de los físicos una vez que A. H. Compton, compatriota de Lewis y Premio Nobel en 1927, lo utilizó a partir de 1928.

En Física, el fotón se representa mediante la letra griega γ (la gamma minúscula en el alfabeto usual, que se pronuncia como nuestra g de gato), aunque en realidad el término antes mencionado para luz en griego empieza por la letra f (la fi minúscula, pronunciada comúnmente como nuestra f) y no contiene la gamma en ninguna de sus formas. Este símbolo probablemente deriva del nombre de los rayos gamma, descubiertos en 1900 por el científico francés P. Villard, y nombrados por el neozelandés E. Rutherford en 1903; este, junto con el británico E. Andrade, demostraron en 1914 que eran una forma de radiación electromagnética. Por su parte, en Química e ingeniería óptica, el fotón tiene por símbolo hν, donde h es la constante de Planck y la letra griega ν (la ni minúscula) es la frecuencia. Con mucha menos frecuencia, el fotón lleva por símbolo hf, donde f es nuevamente su frecuencia.

El fotón es el cuanto del campo electromagnético, que incluye radiaciones como la luz y las ondas de radio, y el portador de la fuerza electromagnética. Carece de masa, de manera que se mueve a la velocidad de la luz en el vacío (299792458 m/s). Esta partícula elemental se engloba en el grupo de los bosones. En el fotón se basan espectaculares avances en física teórica y experimental, incluyendo láseres y ciertos aspectos de la física cuántica. También se estudia en el desarrollo de ordenadores cuánticos y óptica.

antifotón

En general, el nombre de estas partículas no es más que el resultado de añadir el prefijo anti- (que significa contrario, transliterado del griego ἀντι-, con el mismo sentido) al nombre de la partícula “normal” que se da en la materia con la que interactuamos normalmente.

Puesto que en el Modelo Normalizado de partículas elementales, cada partícula tiene su antipartícula, un antifotón es simplemente un fotón con momento angular (spin) opuesto: por sus características propias, el fotón resulta ser su propia antipartícula.

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gluon

El nombre de esta partícula se forma añadiendo el consabido sufijo científico -on (véanse sobre este sufijo las fichas del electrón o la de los bosones, por ejemplo) al sustantivo en inglés glue “pegamento”, derivado, a través del francés glu, del latín tardío glus, una variante del nominativo en latín clásico gluten, con que se nombraba en la Antigüedad la cola y otras sustancias usadas como pegamentos, y que conservamos en español, a partir de la raíz del genitivo glutinis, en términos como aglutinar, aglutinante, aglutinación.

Resulta muy apropiado, ya que estas partículas son las que “pegan” los quarks dentro de los nucleones, y son los bosones portadores de la interacción nuclear fuerte, una de las cuatro fuerzas fundamentales, aunque no poseen masa ni carga eléctrica. Gracias a ellos se forman los hadrones, como protones y neutrones.

La cromodinámica cuántica (QCD, Quantum ChromoDynamics en inglés) reconoce actualmente 8 tipos de gluones. El descubrimiento de estas partículas estuvo sujeto a las características de su comportamiento (mucho más difícil de analizar que las de la electrodinámica cuántica, QED) y las limitaciones tecnológicas de su observación. Los quarks y los gluones se manifiestan, en los experimentos de aceleración, fragmentándose en más quarks y gluones, que, a su vez, se reconvierten en hadrones correlacionados en chorros. En 1978 el detector PLUTO del colisionador electrón-positrón DORIS, en las instalaciones del DESY ( Deutsches Elektronen-Synchrotron, esto es, el Sincrotrón de electrones alemán, en Hamburgo) produjo la primera prueba de lo que podía interpretarse como un suceso de tres chorros debido a tres gluones. Más tarde, los análisis publicados de este suceso confirmaron dicha interpretación y también la naturaleza del espín de esta nueva partícula.

En el verano de 1979, con la mayor energía del colisionador PETRA (Positron-Electron Tandem Ring Accelerator, esto es, Acelerador de anillo en tándem positrón-electrón), también del DESY, se observaron claramente visibles de nuevo los tres chorros, en los experimentos TASSO, MARK-J y PLUTO.

Dicho año 1979 es, por tanto, la fecha acreditada como la del descubrimiento, pero se realizarían experimentos también en el acelerador JADE (del DESY) en 1980, y todavía en 1991, un experimento subsiguiente en el LEP (Large Electron-Positron Collider, Gran colisionador electrón-positrón) del CERN (Conseil Européen pour la Recherche Núcleaire, Consejo europeo para la investigación nuclear, en Suiza, hoy denominado Organización) confirmó de nuevo los resultados.

antigluón

El gluon debería tener una antipartícula correspondiente con carga opuesta, que sería el antigluón, puesto que, en general, a cada una de las partículas elementales le corresponde una antipartícula que posee la misma masa y el mismo espín, pero contraria carga eléctrica. Sin embargo, algunas partículas son idénticas a su antipartícula (como por ejemplo el fotón, que no tiene carga), por lo que, a efectos de este trabajo, el gluon, que carece de carga, es ya su propia antipartícula, de manera similar a lo que ocurre con los neutrinos (véanse sus fichas).

En general, el nombre de estas partículas no es más que el resultado de añadir el prefijo anti- (que significa contrario, transliterado del griego ἀντι-, con el mismo sentido) al nombre de la partícula “normal” que se da en la materia con la que interactuamos normalmente.

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bosón Z

A finales de los años sesenta, y siguiendo el camino abierto por la electrodinámica cuántica, los esfuerzos por formular una teoría válida para la fuerza nuclear débil culminaron con la teoría unificada del electromagnetismo y la interacción débil, obra de los físicos estadounidenses S. L. Glashow, y S. Weinberg, y el físico teórico pakistaní A. Salam, que compartieron por ello Premio Nobel en 1979. Su teoría electrodébil postulaba no sólo los bosones W necesarios para explicar la desintegración beta, sino también una nueva partícula, el bosón Z, que nunca se había observado; los problemas de masa que se planteaban para estos portadores de fuerza se resolverían mediante el denominado mecanismo de Higgs.

A pesar de ciertos logros parciales con máquinas como la cámara de burbujas Gargamelle en 1973, hubo que esperar hasta 1983, cuando se terminó la construcción del SPS (Super Proton Synchrotron, esto es, Súper sincrotrón de protones) en las instalaciones del CERN (Conseil Européen pour la Recherche Núcleaire, Consejo europeo para la investigación nuclear, en Suiza, hoy denominado Organización), para disponer de una máquina lo bastante potente. En enero de aquel año, señales inequívocas de los bosones W fueron observadas durante una serie de experimentos realizados por el físico de partículas italiano C. Rubbia y su colega holandés S. van der Meer. Poco después, en mayo de ese mismo año 1983, los equipos de trabajo descubrieron el bosón Z. Ambos directores, Bubbia y van der Meer, recibirían el Premio Nobel ya en 1984.

Los bosones W reciben ese nombre de la inicial en inglés del adjetivo weak (‘débil’), por la interacción débil de la que son portadores.

El mencionado S. Weinberg denominó Z al cuarto de los bosones que necesitaba la simetría del Modelo Normalizado (Standard Model o Modelo Estándar), y él mismo escribió que se debió al hecho de ser la última partícula portadora de fuerza (como la letra z en el abecedario) en ser descubierta, al tiempo que convenientemente aprovechaba la circunstancia de que coincidía con la inicial en inglés del numeral zero (‘cero’), por carecer de carga eléctrica (aunque tampoco poseen carga ni el fotón ni el gluon).

bosón antiZ

Como suele ocurrir con las partículas elementales, el bosón Z debería tener una antipartícula correspondiente con carga opuesta, que sería el bosón antiZ.

A la mayor parte de las partículas de la naturaleza le corresponde una antipartícula que posee la misma masa y el mismo espín, pero contraria carga eléctrica. Sin embargo, algunas partículas son idénticas a su antipartícula, como por ejemplo el fotón, que no tiene carga. Del mismo modo, a efectos de este trabajo el bosón Z es ya su propia antipartícula.

En general, el nombre de estas partículas no es más que el resultado de añadir el prefijo anti- (que significa contrario, transliterado del griego ἀντι-, con el mismo sentido) al nombre de la partícula “normal” que se da en la materia con la que interactuamos normalmente.

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bosón W⁺

A finales de los años sesenta, y siguiendo el camino abierto por la electrodinámica cuántica, los esfuerzos por formular una teoría válida para la fuerza nuclear débil culminaron con la teoría unificada del electromagnetismo y la interacción débil, obra de los físicos estadounidenses S. L. Glashow, y S. Weinberg, y el físico teórico pakistaní A. Salam, que compartieron por ello Premio Nobel en 1979. Su teoría electrodébil postulaba no sólo los bosones W necesarios para explicar la desintegración beta, sino también una nueva partícula, el bosón Z, que nunca se había observado; los problemas de masa que se planteaban para estos portadores de fuerza se resolverían mediante el denominado mecanismo de Higgs.

A pesar de ciertos logros parciales con máquinas como la cámara de burbujas Gargamelle en 1973, hubo que esperar hasta 1983, cuando se terminó la construcción del SPS (Super Proton Synchrotron, esto es, Súper sincrotrón de protones) en las instalaciones del CERN (Conseil Européen pour la Recherche Núcleaire, Consejo europeo para la investigación nuclear, en Suiza, hoy denominado Organización), para disponer de una máquina lo bastante potente. En enero de aquel año, señales inequívocas de los bosones W fueron observadas durante una serie de experimentos realizados por el físico de partículas italiano C. Rubbia y su colega holandés S. van der Meer. Poco después, en mayo de ese mismo año 1983, los equipos de trabajo descubrieron el bosón Z. Ambos directores, Bubbia y van der Meer, recibirían el Premio Nobel ya en 1984.

Los bosones W reciben ese nombre de la inicial en inglés del adjetivo weak (‘débil’), por la interacción débil de la que son portadores.

El mencionado S. Weinberg denominó Z al cuarto de los bosones que necesitaba la simetría del Modelo Normalizado (Standard Model o Modelo Estándar), y él mismo escribió que se debió al hecho de ser la última partícula portadora de fuerza (como la letra z en el abecedario) en ser descubierta, al tiempo que convenientemente aprovechaba la circunstancia de que coincidía con la inicial en inglés del numeral zero (‘cero’), por carecer de carga eléctrica (aunque tampoco poseen carga ni el fotón ni el gluon).

bosón W⁻

Como suele ocurrir con las partículas elementales, el bosón W+ tiene una antipartícula correspondiente con carga opuesta, que es el bosón W−. No se aplica en este caso el habitual prefijo anti- que vemos en casi todas las demás partículas para designar su antipartícula.

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gravitón

Este término es la forma españolizada a partir del inglés graviton, formado a su vez añadiendo el sufijo científico -on (véase por ejemplo la ficha de los bosones) al sustantivo gravity “gravedad”. Este último, introducido en la lengua inglesa en el siglo XVI, es un cultismo tomado del latín gravitas, gravitatis “peso, cualidad de grave”, sustantivo correspondiente al adjetivo gravis, grave “que pesa, pesado”. Es, evidentemente, el mismo origen que tienen nuestros grave y gravedad.

Lo acuñaron los físicos rusos D. I. Blokhintsev y F. M. Gal'perin en una publicación de 1934, pero sería su eminente colega británico P. A. M. Dirac, Premio Nobel de Física en 1933, quien lo difundiría entre la comunidad científica en una conferencia que tuvo lugar en la American Physical Society en 1959.

Considerando el amplio éxito de la teoría cuántica para describir la mayoría de las fuerzas básicas del universo, parecería natural asumir que los mismos métodos servirían para explicar la gravedad. Sí que se han hecho muchos intentos de introducir el hasta ahora no detectado gravitón, pero lo cierto es que existen problemas matemáticos específicos, asociados a la forma en que opera la gravedad, que no han permitido hasta ahora desarrollar una teoría cuántica gravitatoria, y de momento todos los intentos de crear una teoría cuántica simple de la gravedad han fracasado.

Igualmente, la detección experimental del gravitón es una tarea hasta la fecha fuera de alcance: la detección inequívoca de gravitones individuales, aunque no está imposibilitada por ninguna ley física fundamental, es sencillamente imposible con ningún detector razonablemente factible; por ejemplo, se ha dicho que un detector con la masa de Júpiter y una efectividad del 100%, situado en una órbita próxima a una estrella de neutrones, conseguiría observar un gravitón quizá cada 10 años, incluso en las condiciones más favorables.

antigravitón

Como suele ocurrir con las partículas elementales, el gravitón debería tener una antipartícula correspondiente con carga opuesta, que sería el antigravitón.

A la mayor parte de las partículas de la naturaleza le corresponde una antipartícula que posee la misma masa y el mismo espín, pero contraria carga eléctrica. Sin embargo, algunas partículas son idénticas a su antipartícula, como por ejemplo el fotón, que no tiene carga, o el bosón Z. En el caso del gravitón, no sólo no se ha encontrado, sino que, al carecer tanto de masa como de carga, su supuesta antipartícula todavía está por plantearse.

En general, el nombre de estas partículas no es más que el resultado de añadir el prefijo anti- (que significa contrario, transliterado del griego ἀντι-, con el mismo sentido) al nombre de la partícula “normal” que se da en la materia con la que interactuamos normalmente.

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bosón Higgs

Tanto el campo de Higgs como el bosón Higgs reciben sus nombres por el físico teórico británico P. Higgs, quien en 1964, junto con otros cinco científicos en tres equipos, propusieron el denominado mecanismo Higgs, una manera en que algunas partículas pueden adquirir masa. Si dicha teoría era cierta, una partícula conocida como bosón escalar debería también existir (novedad absoluta) con determinadas propiedades (especialmente su espín cero). A esta partícula se la denominó bosón Higgs, y se usaría para probar si el campo de Higgs era una explicación correcta.

Después de una investigación de más 40 años, hasta contar con detectores, colisionadores y equipos informáticos lo bastante potentes, por fin una partícula subatómica con las propiedades esperadas se descubrió en 2012, en los experimentos ATLAS (nombre del Gigante de la Mitología Griega, pero también, como es frecuente con los nombres de dispositivos científicos complejos, haciendo que coincidiera con algunas letras de A Toroidal Lhc ApparatuS, en nuestro idioma Un aparato toroidal del LHC) y CMS (Compact Muon Solenoid, esto es, Solenoide compacto de muones), realizados mediante el LHC (Large Hadron Collider, Gran colisionador de hadrones) en el CERN (Conseil Européen pour la Recherche Núcleaire, Consejo europeo para la investigación nuclear, en Suiza, hoy denominado Organización). Al año siguiente, en 2013, tanto el mencionado Higgs como su colega belga F. Englert recibieron el Premio Nobel por sus predicciones teóricas.

Hay que hacer notar que, aunque sólo el nombre de Higgs se ha asociado comúnmente a esta teoría, varios investigadores desarrollaron de forma independiente diferentes partes de la misma sólo entre 1960 y 1972, y que, desde entonces, son una verdadera multitud los científicos que han aportado, y siguen aportando, sus colaboraciones en este sentido. De hecho, todavía se investiga si la partícula se comporta como debería para encajar plenamente en el Modelo Normalizado (Standard Model o Modelo Estándar), y se necesitan estudios ulteriores que determinen con mayor precisión si posee todas las propiedades previstas, o, si, como describen otras teorías, existen múltiples bosones Higgs.

En cuanto a la denominación del nuevo bosón, durante un tiempo la partícula se conoció por una combinación de los nombres de los autores de los llamados papeles de rotura de simetría PRL 1964 (tres artículos innovadores publicados en ese año en la revista científica estadounidense Physical Review Letters), por ejemplo partícula Brout-Englert-Higgs, partícula Anderson-Higgs, o mecanismo Englert-Brout-Higgs-Guralnik-Hagen-Kibble, nombres que todavía se usan a veces. Tras la mencionada concesión del Premio Nobel en 2013, se volvió a plantear la cuestión del nombre, y el propio Higgs mostró su preferencia por un acrónimo que incluyera a todos los involucrados en el descubrimiento, o bien la expresión bosón escalar, o, como mucho, la llamada partícula Higgs.

Se ha escrito mucho sobre cómo y por qué se ha impuesto sólo el nombre de uno de los autores. Una explicación es que sólo él aportó ideas clave y especialmente valiosas al conjunto de la teoría. Otra es la popularización, a partir de los años setenta, de su nombre como una abreviación conveniente. Por su parte, en 2012, tras el descubrimiento del bosón y cuando todavía no estaba fijado el nombre, el físico, matemático y Premio Nobel estadounidense F. Wilczek, que había propuesto el término axion, prefiriéndolo al Higglet de su colega y también Premio Nobel S. Weinberg, respaldó la denominación bosón Higgs, declarando que "la Historia es complicada, y dondequiera que traces una línea, habrá alguien que quede justo por debajo".

Hay que añadir que el apodo "la partícula de Dios" se hizo popular, fuera del ámbito científico, a partir del título del libro The God Particle: If the Universe Is the Answer, What Is the Question? (La partícula de Dios: si el universo es la respuesta, ¿cuál es la pregunta?), de 1993, obra de L. Lederman, Premio Nobel de Física y director entonces del Fermilab (Fermi National Accelerator Laboratory, en el estado de Illinois), sobre este bosón y en general la física de partículas. Cuando se escribió el libro (cuyo primer título fue modificado por consejo del editor), el contexto era que el Fermilab acababa de perder la financiación para el monumental proyecto del Superconducting Super Collider (SSC, Súper colisonador superconductivo, también apodado desertrón porque estaba siendo construido en el desierto de Texas) que iba a ser la competencia estadounidense del potentísimo LHC del CERN europeo.

En el libro, Lederman escribe: "Hoy (...) tenemos el Modelo Normalizado, que reduce toda la realidad a una docena más o menos de partículas y cuatro fuerzas (...). Es una simplicidad muy duramente lograda (...) y considerablemente exacta. Pero también está incompleta y, de hecho, es internamente incoherente (...). Este bosón es tan fundamental para el estado de la Física actual, tan crucial para nuestra comprensión final de la estructura de la materia, y aún así tan elusivo, que le he dado un apodo: la partícula de Dios. ¿Por qué la partícula de Dios? Dos razones: una, el editor no me habría dejado llamarla la partícula maldita [juego de palabras en inglés entre Goddam y God], aunque ese hubiera sido un título más apropiado, dada su naturaleza canalla y el gasto que está causando. Y dos, hay una conexión, de alguna forma, con otro libro, otro mucho más antiguo... [se refiere al Génesis de la Biblia]".

Aunque dicho apodo haya contribuído a la difusión y al interés general en la física de partículas, muchos científicos consideran el término inapropiado por la hipérbole sensacionalista y la confusión que plantea al público general: no sólo no tiene nada que ver con ninguna divinidad, sino que además deja sin resolver numerosas cuestiones físicas y no explica para nada el origen del universo. El propio Higgs, que es ateo, manifestó en 2008 su desacuerdo. Se ha ridiculizado y ha sido objeto de sátiras en los medios muchas veces, e incluso el escritor científico I. Sample publicó en 2010 que este apodo era "universalmente odiado" por los físicos y "quizá el nombre más ridículo de la historia de la Física".

Por su parte, el periódico británico The Guardian propuso en 2009 un concurso para renombrar la partícula, a raíz del cual su sección de ciencias escogió el nombre bosón de botella de champán: "el fondo de una botella de champán tiene la forma del potencial de Higgs y a menudo se usa [junto con el símil del sombrero mejicano] para ilustrarlo en las conferencias de física. Así que no parece un nombre bochornosamente grandioso, es fácil de recordar y también tiene alguna conexión con la física".

El último nombre propuesto ha sido Higgson (Higgs + -son del inglés boson), en la página web physicworld.com, de la institución británica Institute of Physics (IOP).

bosón antiHiggs

Como suele ocurrir con las partículas elementales, el bosón Higgs debería tener una antipartícula correspondiente con carga opuesta, que sería el bosón antiHiggs.

A la mayor parte de las partículas de la naturaleza le corresponde una antipartícula que posee la misma masa y el mismo espín, pero contraria carga eléctrica. Sin embargo, algunas partículas son idénticas a su antipartícula, como por ejemplo el fotón, que no tiene carga, o el bosón Z. En el caso del bosón Higgs, no sólo no se ha acabado de demostrar y aceptar por la comunidad científica, que ni siquiera está de acuerdo en sus propiedades, identificación y número, sino que, al carecer tanto de carga como de espín, su antipartícula todavía está por plantearse.

En general, el nombre de estas partículas no es más que el resultado de añadir el prefijo anti- (que significa contrario, transliterado del griego ἀντι-, con el mismo sentido) al nombre de la partícula “normal” que se da en la materia con la que interactuamos normalmente.

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