Partikulen fisika

Inguratzen gaituen materia guztia, baita gu geu ere, funtsezko hainbat elementuz osatuta egotearen ideia antzinako Greziatik dator, nahiz eta garaiko zientzialariek elementu haiek (Leukipo, Demokrito, eta Epikuro) sua, ura, lurra eta haizea zirela sinetsi. XIX. mendean John Daltonek estekiometrian egindako aurkikuntzak eta gero, materia guztiak funtsezko partikula berdinez osatuta egon behar zuela adierazi zuen, "atomo" izeneko partikulez, hain zuzen (grekeraz "zatiezina" esan nahi duena). Mendearen bukaeran, J.J.Thomsonek elektroia aurkitu zuen, atomoak ere zatiz osatuak direla eta banatu daitezkeela erakutsiz. XX. mendean zehar atomoan protoiak eta neutroiak ere badaudela aurkitu zen, baita azken hauek quarkez eratuta daudela ere.

XX. mendearekin hasitako fisika nuklear eta fisika kuantiko arloetan egindako saikuntzak jarraituta, 1939an Lise Meitnerek fisio nuklearra aurkitu zuen, Otto Hahnek aurretik egindako frogaketetan oinarrituta, eta urte berean, pixka bat geroago, Hans Bethenek fusio nuklearraren kausitu zuen. Bi aurkikuntza hauek atomo batetik beste bat sortzen zuten industria bat hasi zuten, historian zehar hainbat alkimistek amestutako berun-urre transformazioa posible eginez (nahiz eta oso garesti atera). Industria hauek XX. mendean zehar hain ezagunak izan diren arma nuklearrak ere sortzeko bidea sortu zuen.

50eko eta 60ko hamarkadetan zehar hainbat partikula ezberdin aurkitu ziren sakabanaketa saiakuntzetan, hainbeste ezen partikula subatomikoen sorta "partikulen zoologiko" ere deitua izan baitzen. 70eko hamarkadan zehar, eredu estandarraren azalpenarekin, aurkitutako partikula gehienak funtsezko ziren partikula multzo txikiago baten bateratzeak zirela argi gelditu zen.

Gaur egun partikulen fisika atomoak baino egitura gutxiago duten partikula subatomiko hauetaz arduratzen da batez ere, esaterako elektroiak, quarkak (funtsezko partikulen artean), protoiak eta neutroiak (partikula elkartuak azken bi hauek). Beste partikula batzuk sakabanaketa prozesuetan sorturiko fotoiak, neutrinoak eta muoiak dira, baina badaude beste hainbat partikula exotiko ere.

Funtsezko partikulak bi eratakoak izan daitezke, bosoiak (Satyendra Nath Bose fisikari indiarraren ohorez izendaturikoak) eta fermioiak (Enrico Fermi zientzialari italiarraren izenagatik). Bosoiak (fotoiak ea.) spin osoa dute, hau da, 0, 1, 2 eta abar, fermioien (elektroiak ea.) spina zatiki bat delarik, 1/2 edo 3/2. Spin diferentzia hau dela eta, fermioiak eta bosoiak ezaugarri eta jokaera guztiz ezberdinak dituzte. Bosoiak funtsezko indarren transmititzaile dira eta bi partikulen artean gertatzen den edozein elkarrekintzak bosoi birtual baten elkartrukatzea dakar.[1] Bosoi birtuala benetako edo erreala den fermioiekin bateratzean, funtsezko lau indarrak sortzen dituzte:

• Indar nuklear sendoa: gluoi bosoiak transmititzen dutena, quarkak bata bestearekin mesoiak eta barioiak (nukleoiak) eratzeko batzen dituena. Hadroiek bakarrik jasaten dute.
• Indar nuklear ahula: W^± y Z⁰ bosoi bektorialak transmititzen dutena eta β desintegrazioa gertatzearen arrazoia dena.
• Indar elektromagnetikoa: fotoi baten elkartrukatzearekin gertatzen da eta karga duten edozein partikulak jasaten du.
• Grabitazio indarra: partikulen fisikan azaltzen eta teorietan barneratzen zailena da, transmititzen duen partikula, grabitroia, oraindik aurkitzeke dagoelako. Bere eragina partikula mailan oso oso txikia da.

Materia osatzen duten partikulak fermioiak dira, esaterako atomoak eratzen dituzten elektroiak, protoiak eta neutroiak. Gorago esan bezala, elektroia bakarrik da funtsezko partikula, beste biak indar nuklear indartsuaz loturiko quarkez eratuta daudelarik. Funtsezko fermioiak lau mota ezberdinetan existitzen dira, bakoitzak masa ezberdineko hiru belaunalditan sailkatzen direlarik:

Gaur egun arte behatutako partikula guztiak, bai eta beraien arteko elkartrukatzeak eremuen teoria kuantikoaren barruan dagoen eredu estandarra erabiliz deskriba daitezke. Eredu honen barruan funtsezko 40 partikula ezberdin dira, (24 fermioi, 12 bosoi bektore eta 4 bosoi eskalar), 60ko hamarkadan zehar behatutako ehunka partikula edo beste edozein partikula berri sortzeko elkar daitezkeenak. Hala ere, partikula fisikari dagokionez, askoren ustez eredu estandarra naturaren azalpen bukatu gabea da, eta funtsezko beste teoria baten zain daude. Azken urteetan neutrinoaren masaren neurketak ere eredu estandarrarekiko desbideratzeak egiaztatu ditu.

Zehazki, partikula terminoa kasu hauetan izen ezegokia da. Partikula subatomikoen fisika mekanika kuantikoak gobernatzen du eta beraz, gorputz hauek uhin-partikula bitasuna erakusten dute, hau da, saiakuntza batzuetan partikula bezala jokatzen dute eta besteetan uhin bezala (teknikoki Hilbert espazioan dauden egoera bektoreaz deskribatzen dira, eremuen teoria kuantikoak azaltzen duen bezala). Fisikariek "funtsezko partikula" terminoa erabiltzen dutenean partikula hauek uhin bezala joka dezaketela jakinda egiten dute.

Partikulen fisikak zientziaren filosofian eragin handia du; hainbat partikula zientzialari erredukzionismoari atxikitzen zaizkio, fisika eta filosofia nahasten hasten diren eremuari.

Gaur egun partikula subatomikoak eredu estandarra jarraituz sailkatzen dira. Eredu honek funtsezkoak diren indar nuklear bortitza, indar nuklear ahula eta elektromagnetismoa deskribatzen ditu, horretarako bosoien elkarrekintzak erabiliz. Bosoi neurgailu hauek gluoiak dira, W^- and W⁺ eta Z bosoiak, bai eta fotoiak ere. Ereduak beste 24 funtsezko partikula ditu, materia osatzen dutenak.

Eredu estandarrak aurkitzeke dagoen Higgs bosoiaren existentzia aurresan zuen, zeinen exitentzia 2012an baieztatu baitzen.[2]

1. «Gauzek masa izatearen “erruduna”» Argia (Noiz kontsultatua: 2022-04-09).
2. Berria. «Higgs bosoia, aurkitua» Berria (Noiz kontsultatua: 2022-04-09).