Con respecto a la estructura de la materia, parecía que ya se tenían los ladrillos fundamentales que la forman : los electrones, protones y neutrones.
Sin embargo las cosas empezaron a complicarse en los años cincuenta cuando se descubrieron partículas "exóticas" supuestamente elementales, pero que su número aumentaba sin límite. Fueron  bautizadas, generalmente,  con los nombres de las letras griegas: mu, pi, omega, lambda, delta, ksi, tau, eta, etc. ¡ El alfabeto griego se volvía insuficiente.!




A excepción del electrón y el protón, todas las partículas de la materia son inestables. El neutrón aislado alcanza a vivir, en promedio, unos 15 minutos, al cabo de los cuales se transforma en un protón, un electrón y un antineutrino (decaimiento beta). Las otras partículas tienen vidas medias de millonésimas de segundos.

Con el fin de poner orden en la caos de las partículas elementales, Murray, Gell-Mann y George Zweig propusieron en 1965 que todas las partículas que interactúan fuertemente entre sí están formadas, a su vez, de unas partículas aún más fundamentales, llamadas Quarks.
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El hecho de que los protones y neutrones no sean partículas tan elementales, sino que estén hechos de otras más pequeñas, quedó establecido entre 1967 y 1973 gracias a una serie de experimentos realizados con el acelerador de partículas de tres kilómetros de largo de Stanford, California.  Ahora sabemos que estan formados de tres  quarks:


Protón 
   2 quarks \(u\) + 1 quark \(d\)

Carga del Protón
\(= 2  (2 / 3) + 1  (-1 / 3)=1\)
           

Neutrón 
 1 quarks \(u\) + 2 quark \(d\)

Carga del Neutrón
 \(= 1  (2 / 3) + 2 (-1 / 3)=0\)



El Modelo estándar establece que las partículas fundamentales que forman la materia son doce fermiones. Los fermiones se dividen en 6 quarks y 6 leptones (Además de sus correspondientes antipartículas):


Observación:  Los fermiones tienen espin semientero y cumplen el principio de exclusión de Pauli.

Las columnas de la imagen anterior muestran las familias de constituyentes básicos de la materia.

 La primera familia (del electrón) está formada por cuatro fermiones (y sus antipartículas), los quarks, up y down, y los leptones, electrón y neutrino electrónico. La mayor parte de la física ordinaria pertenece a esta familia. Toda la materia del universo: estrellas, Sol, planetas, Tierra, animales, árboles, insectos y nosotros mismos, está constituida solamente por estos cuatro elementos que forman la familia del electrón.


La segunda familia (del muon) la forman otros dos quarks, el strange y el charm y los leptones, muón y neutrino muónico. Forman lo que se conoce como materia extraña, se han encontrado solamente en los rayos cósmicos y en el laboratorio.

La tercera familia (del tau) la constituyen los otros dos quarks, top y bottom y los otros dos leptones, el tau y el neutrino tauónico. Tienen una vida muy efímera (fracción de segundo), se han encontrado solamente en los rayos cósmicos y en el laboratorio.

Interacciones


Ya vimos que cuando combinamos los cuarks y leptones formamos los átomos; los que a su vez forman moléculas, y éstas la materia que conocemos. Pero además todos los fenómenos que se producen en el Universo se deben a las interacciones entre las partículas que lo componen.
En la actualidad, todas las fuerzas o interacciones de la naturaleza se pueden agrupar en cuatro tipos básicos, denominados interacciones fundamentales: Interacción gravitatoria, electromagnética, nuclear fuerte y nuclear débil

La interacción entre dos partículas se realiza por el intercambio de una tercera, que recibe el nombre de bosón (partículas con spín nulo o entero), a saber: el fotón, gluón, mesón Z y mesón W. La gravedad es la única interacción básica que el modelo no incluye. La partícula mediadora de esta interacción, el gravitón, aún no ha sido detectado.



El Modelo Estándar es una buena teoría. Los experimentos han verificado sus predicciones con increíble precisión, y se han encontrado todas las partículas predichas por esta teoría. Pero no lo explica todo. Por ejemplo, la gravedad no está incluida en el Modelo Estándar.


Video

Un buen video que explica lo que mostramos..