Modelo atómico

El modelo atómico actualmente aceptado se compone de los siguientes elementos:

• Un núcleo atómico en el que coexisten dos tipos de partículas, llamadas genéricamente nucleones: los protones, de carga eléctrica positiva, y los neutrones, sin carga.
• Una corteza externa con los electrones, de carga eléctrica negativa y distribuidos en varios niveles, con arreglo a la regla de cuantización de energía sugerida por Niels Bohr (ver t60).

El estado de cada electrón del átomo queda descrito por cuatro números cuánticos: principal (n), que define el nivel de energía que ocupa y cuantiza la energía del electrón; secundario o azimutal (l), cuantizador del momento angular global que determina la forma del orbital dentro del nivel de energía; magnético (m), que define la orientación del orbital; y espín (s), o momento angular intrínseco del electrón, que puede tomar dos valores posibles: +1/2 y ¿1/2 .

En el estado fundamental de un átomo, todos sus electrones ocupan los mínimos valores de energía posibles, respetando siempre el principio de exclusión de Pauli.

Descubrimiento de partículas

Las partículas del átomo fueron los primeros corpúsculos materiales subatómicos que se descubrieron. El inglés Joseph John Thomson (1856-1940) descubrió el electrón en 1897, en estudios realizados con rayos catódicos, mientras el protón y el neutrón se detectaron experimentalmente en la década de 1920 y 1930 en los rayos canales (positivos) y en el estudio de la radiación de partículas alfa, respectivamente.

En 1932, el estadounidense Carl David Anderson halló en sus experimentos en cámara de niebla una partícula de características totalmente idénticas al electrón, pero de carga eléctrica positiva. La existencia de esta partícula, llamada positrón o antielectrón, había sido anunciada cuatro años antes por Paul Dirac (1902-1984), que la denominó antipartícula del electrón.

Principales partículas, con sus propiedades más importantes.

Modelo estándar de las partículas elementales

El sueño de construir átomos con un pequeño grupo de partículas subatómicas distintas parecía desvanecerse conforme se iba descubriendo un número de estas partículas inopinadamente alto. Los físicos teóricos se esforzaron por hallar componentes menores en las partículas descubiertas, de manera que estas componentes pudieran entenderse como bloques realmente elementales integrantes de la materia.

El esfuerzo tuvo un cierto éxito, al constatarse que algunas de las partículas supuestamente elementales (como los protones y los neutrones) en realidad no eran tales, sino que estaban constituidas por otros corpúsculos menores. Ello no ocurría, sin embargo, con el electrón, el neutrino y los muones. Se hizo necesario, por tanto, sistematizar y agrupar en familias el elevado número de partículas subatómicas conocidas.

Relación de partículas subatómicas, ordenadas de mayor a menor masa, con sus propiedades y antipartículas respectivas.

Familias de partículas

De acuerdo a los resultados experimentales de la física atómica y del modelo estándar, las partículas subatómicas se clasifican genéricamente en las familias:

• Leptones, o partículas ligeras, que incluyen los pares de partícula-antipartícula electrón- positrón y neutrino-antineutrino y los muones. Los leptones son partículas elementales auténticas, ya que no se pueden fragmentar en otras menores.
• Mesones, o partículas semipesadas, que incluyen a los piones y los kaones y antikaones.
• Bariones, o partículas pesadas, con los pares protón-antiprotón, neutrón-antineutrón y partículas sigma-antisigma.

Los mesones y los bariones no son partículas elementales, ya que están constituidos por unidades de materia más pequeñas llamadas quarks. Existen seis tipos de quarks conocidos (con sus correspondientes antiquarks), todos ellos de espín 1/2 .