Extraordinarias "partículas elementales"

El micromundo ofrece increíbles sorpresas. Cuando yo estaba en la Escuela República de Colombia, en Naranjo en 1953, para mí, todas las sustancias de la naturaleza, eran continuas (sin espacios entre ellas): la madera del pupitre, la hoja del cuaderno, el agua, y desde luego, el aire, que sentía pero no podía ver.
Las únicas partículas que conocía eran el fino polvo de la tiza, y los cristalitos de azúcar y de sal, que podía romper en otras aún más pequeñas. La existencia microscópica de las células de la sangre no estaba aún entre mis pensamientos, y mi primera observación con un microscopio estaba aún muy lejana.
A las moléculas, átomos, núcleos, electrones, protones, neutrones, neutrinos y cuarks les faltaba toda mi vida de colegio y parte de la universidad.

“Antiguos” átomos

Por el año 400 a.e.c el filósofo griego Demócrito hablaba de átomos. En 1897, el físico J. J. Thomson descubrió el electrón, y en 1909 ErnestRutherford propuso el modelo atómico con un núcleo en su centro, perfeccionado por Niels Bohr en 1913.  En1920 Rutherford usó el nombre de protón para el núcleo del átomo de hidrógeno, mientras que el neutrón fue descubierto en 1935 por James Chadwick.  Las otras partículas se descubrieron en los años siguientes.  http://en.wikipedia.org/wiki/Timeline_of_particle_discoveries

Pensemos en las propiedades fundamentales de las partículas microscópicas que constituyen los átomos y que son, desde luego, más pequeñas (partículas subatómicas), llamadas en conjunto partículas elementales.
Yo las imagino como diminutas pelotitas de cierto tamaño en constante movimiento.
Diría que deben poseer masa pues las considero partículas de materia, aunque muchísimo menos que millonésimas de millonésimas de millonésimas de kilogramo.
También se han encontrado algunas partículas casi sin masa, como los neutrinos, y otras que no la tienen del todo, como los fotones.

Desde la escuela podemos asignarles, a las partículas elementales, algunas otras propiedades,cuyo significados entendemos más o menos, como carga eléctrica (positiva, negativa o nula). Sabemos que se mueven en línea recta y que todas rotan. Si tenemos suerte, en el colegio o en la universidad, al menos escucharemos sobre el spin.

Nombres extraños

La televisión puso en contacto a nuestros hijos con el fotón, que se mueve a la velocidad de la luz: 300 000 km/segundo.  Podría viajar mil veces la distancia de San José a Peñas Blancas en solo un segundo.
El fotón no tiene carga eléctrica, pero sí energía y cantidad de movimiento, dos propiedades que desde el colegio asociamos con masa y velocidad. 
Para complicarnos la vida, a veces su comportamiento puede explicarse mejor como si fuera una onda.

Ya en 1905, por medio de la relación E = mc², Albert Einstein nos enseñó la equivalencia que hay entre masa (!en reposo!) y la energía.
Masa y energía son dos caras de la misma moneda; kilogramos (kg) y joules (J) pueden convertirse matemáticamente uno en el otro por medio de la ecuación anterior, y en la realidad, por medio de un reactor nuclear, o en una estrella como el Sol.

Cuando los humanos descubrimos el fuego, comenzamos a convertir materia en energía.
En los últimos 60 años, los físicos han aprendido que, si se dispone de grandes cantidades de energía, puede producirse todo un zoológico de partículas elementales y sus respectivas antipartículas, algunas con masa (cuark, electrón, muón, tauón, neutrino) o sin masa (fotón, gluón), como ocurre  en las estrellas, o como ocurrió al inicio del universo, según la explicación que llamamos Big Bang. Los nombres son solo para distinguirlas.

Reproducir las condiciones de las estrellas en un laboratorio, de manera controlada, es uno de los propósitos de las investigaciones realizadas en algunos laboratorios como el CERN, en Europa. No es simple, pero ofrece la ventaja de que no requiere ir a una estrella, ni al singular momento del inicio el universo. Las condiciones pueden repetirse miles de veces.

Cuatro fuerzas
De los electrones, protones y neutrones que nuestros nietos comienzan a estudiar en la escuela, solo el electrón ha permanecido como partícula elemental (no tiene una subestructura).
Las otras dos partículas del átomo están compuestas por dos tipos de cuarks, que sí son partículas elementales, de la siguiente manera:

El protón:    2 cuark up, 1 cuark down.
El neutrón: 2 cuark down, 1 cuark up.
Todos los átomos de los elementos que hay en el universo pueden construirse con solo estas tres partículas elementales: electrón, cuark up y cuark down.

Doce de las partículas elementales, los seis tipos diferentes de cuarks, el electrón, el muón, el tauón y tres tipos diferentes de neutrinos son partículas de materia. Los físicos las llaman colectivamente fermiones.

Esas doce “pelotitas” de materia forman núcleos y átomos cuando interactúan entre sí y producen cuatro tipos de fuerzas:

1) La electromagnética. 

2) La nuclear fuerte, de corto alcance, que mantienen estable el núcleo.

3) La nuclear débil, de corto alcance, causante del decaimiento radiactivo

4) La gravitatoria.