Quali sono i diversi tipi di particelle subatomiche?

Esistono due categorie principali di particelle subatomiche: fermioni e bosoni. I fermioni sono le particelle che consideriamo "roba" - leptoni come l'elettrone, il neutrino e i cugini, e i quark come il quark up e altri nella sua famiglia considerevole. I bosoni di gauge sono le particelle che mediano le quattro forze fondamentali della natura: forze nucleari deboli e forti, elettromagnetismo e gravità. Questi includono il fotone familiare e i suoi cugini molto meno visti, i bosoni W e Z, i gluoni e (i fisici si aspettano) il gravitone, la particolarissima particella pensata per mediare le interazioni gravitazionali.

È importante comprendere la differenza tra particelle subatomiche e particelle fondamentali. Fondamentale significa che la particella non ha componenti più piccoli; è fondamentale. Non tutte le particelle subatomiche sono fondamentali, sebbene tutte le particelle fondamentali conosciute siano subatomiche, cioè più piccole degli atomi. Ad esempio, protoni e neutroni, particelle subatomiche che compongono l'atomo, sono particelle composite piuttosto che fondamentali, costituite da quark e gluoni ancora più piccoli. Le particelle esotiche come il neutrino tau o i muoni sono subatomiche perché sono più piccole degli atomi, ma è utile ricordare che non fanno parte degli atomi che compongono le strutture visibili nel nostro universo.

Le particelle subatomiche sono così numerose e varie che i fisici hanno usato il termine "zoo delle particelle" per descriverle. Nel dominio dei leptoni, ci sono 3 tipi di elettrone - elettrone, muone e tau - 3 tipi di neutrino e le loro antiparticelle, che producono 12 leptoni. Esistono quattro bosoni di gauge noti: il fotone, i bosoni W e Z e il gluone. Due bosoni aggiuntivi, che quasi certamente esistono, ma non sono ancora stati osservati, includono il bosone di Higgs e il gravitone. Questo porta il totale delle particelle fondamentali a 18. Aggiungi i quark top, down, bottom, up, strange e charm e i loro antiquark e avrai 30 particelle subatomiche fondamentali.

Tuttavia, non è tutto. Puoi ricordare che un protone o un neutrone è composto da tre quark. Questi includono due dei quark su e giù e uno dei quark rimanenti, bloccati insieme ai gluoni nel nucleo dell'atomo. Tuttavia, questa non è l'unica configurazione di quark possibile, solo la più stabile. Se potessi in qualche modo raccogliere particelle fondamentali a piacimento e incollarle in configurazioni arbitrarie, potresti creare migliaia di nuove particelle subatomiche.

Centinaia di queste particelle subatomiche sono state effettivamente osservate negli esperimenti con l'acceleratore di particelle. Includono mesoni, che hanno solo due quark e adroni, che hanno tre protoni e neutroni simili. Esistono anche le cosiddette glueball o gluonium, particelle subatomiche composte da nient'altro che gluoni e il sospetto tetraquark, una specie di particella subatomica che sarebbe composta da quattro quark. Esistono pentaquark e oltre? Forse è così, ma per trovarli sarebbe necessario un apparato sperimentale molto superiore al nostro attuale meglio.