Un vistazo a la física de partículas

Si bien existen muchas partículas subatómicas, no puede decirse que todas ellas sean partículas elementales, ya que la mayoría se componen de las que sí lo son (elementales), por no estarlo éstas, a su vez, de otras que sean subyacentes. Cada partícula, desde el punto de vista de la teoría cuántica de campos, viene a ser la excitación de un campo cuántico asociado a la misma. Sin embargo, hoy en día se sabe que el conocimiento sobre la materia y la energía de nuestro universo es de alrededor del $4\,\%$, ya que el $96\,\%$ restante está formado por lo que viene a donominarse materia y energía oscuras, puesto que, aunque no se sepa aún qué son, existen razonamientos cosmológicos basados en las observaciones experimentales en astrofísica y astronomía que nos llevan a deducir su existencia. A pesar de ello, el modelo estándar de la física de partículas, junto con el modelo estádar de la cosmología, dan buenas y esperanzadoras razones (si bien con alguna incosistencia y alguna cosa aún no explicada), por lo menos en lo que se refiere a esta pequeña parte conocida de este universo nuestro. Por otra parte, queda pendiente el gran reto de la física teórica: el de encontrar un modelo satisfactorio que incorpore la explicación de la interacción gravitatoria a las otras tres interacciones (electromagnética, fuerte, y débil), esto es, en sus fundamentos, el de unificar la física cuántica y la teoría general de la gravitación de Einstein.

Las partículas elementales del modelo estándar
Según el modelo estándar de la física de partículas (fundamentado en la teoría cuántica de campos), existen las siguientes partículas elementales: $3$ pares de quarks ($6$ quarks en total); $6$ leptones; y $4$ bosones mediadores de las interacciones electromagnética, fuerte, y débila, además del boson que da la masa de todas las partículas (el bosón de Higgs, $H$) y que representa el correspondiente campo cuántico (el campo de Higgs).
  La partícula mediadora de la interacción electromagnética es el fotón (que se designa por $\gamma$); la de la interacción fuerte es el gluón (designado mediante la letra $g$); y los bosones $W^+$, $W^-$, y $Z^0$ que son los mediadores de la i. débil—
  El electrón ($e$), el muon ($\mu$) y el tau ($\tau$) tienen carga eléctrica $-1$, junto con un neutrino ($\nu$) —la carga eléctrica de un neutrino es $0$, y su masa es muy pequeña, pero no nula— asociado a cada una de esas partículas (el neutrino electrónico para el electrón, el neutrino muónico para el muon, y el neutrino tauónico para el tau) conforman los seis leptones.
  Los quarks y los leptones son fermiones —el valor del número cuántico de espín de esas partículas es semientero— y por tanto siguen la estadística de Fermi-Dirac.
  En cuanto a la masa de los fermiones, parece ser que éstos se clasifican en tres familias (o generaciones), por ser cada una de esas familias más masiva que la anterior: la primera generación (o familia) menos masiva está formada por el electrón, el neutrino electrónico, el quark arriba, y el quark abajo; la segunda, está formada por el muon, el neutrino muónico, el quark extraño, y el quark encantado; y la tercera, por el tauón, el neutrino tauónico, el quark fondo, y el quark cima.
  Se sabe que el valor del número cuántico de espín de los bosones es entero y siguen la estadística de Bose-Einstein; su carga eléctrica es nula, salvo la de los bosones $W$, los cuales pueden tener carga positiva (los bosones $W^+$) o bien negativa (los bosones $W^-$).
  Los seis quarks —cada uno de ellos no se han encontrado de forma individual, aislado de los demás— conforman otras partículas (no fundamentales) tales como los protones y los neutrones del núcleo de los átomos, que son los llamados hadrones. Así, por ejemplo, se sabe que un protón es la asociación de dos quarks llamados arriba y un quark llamado abajo —cada quark arriba tiene una carga eléctrica positiva igual a $2/3$, y un quark abajo tiene una carga eléctrica de $-1/3$, con lo cual, y como es sabido, dan el valor de la carga de un protón es $+1$—, y cada neutron (cuya carga eléctrica es $0$) está compuesto de dos quarks abajo y un quark arriba. Existen tres parejas de quarks: el q. arriba,$u$ (del inglés up) y el q. abajo, $d$ (del inglés down); el q. encantado, $c$ (del inglés charm) y el q. extraño, $s$ (del inglés strange), y q. cima, $t$ (del inglés top) y el q. fondo, $b$ (del inglés bottom).

Las partículas no elementales
Desde luego, las asociaciones de partículas elementales constituyen las partículas no elementales. Así, las asociación quarks pueden dar lugar a partículas con tres quarks (hadrones); o bien, asomándonos un poquito a la intervención de las partículas de antimateria, a los mesones —su existencia fue predicha por Hideki Yukawa en 1935—, que son la asociación de un quark y un antiquark (de otro quark) envuelta en un «mar» de otros pares quark-antiquark y gluones virtuales. Los mesones tienen espín entero, luego se clasifican como bosones. El pion es un ejemplo de mesón. Sorprendentemente, parece ser que los mesones perciben tanto las interacciones fuertes como la interacción gravitatoria.

La materia y la energía conocidas de nuestro universo. Lo mucho que queda por conocer
Como ya he comentado al prinicipio del artículo, las partículas elementales y sus asociaciones en partículas que no lo son constituyen solamente un $4\,\%$ de la materia conocida de nuestro universo, según las estimaciones que se han hecho: la materia ordinaria o materia bariónica, la cual está formada por bariones, que son fermiones que sienten la fuerza fuerte —(hadrones y leptones, salvo determinados tipos de neutrinos)—. El $96\,\%$ restante de nuestro universo está formado por materia y energía oscuras, que aún no se sabé qué son (enero de 2022). Todo lo que queda por conocer quizá requiera nueva física para ser explicado y entendido, además (y acaso a la par) de encontrar nuevas y exóticas partículas. Así pues, en física, como todo en ciencia, los modelos y las teorías son provisionales, a pesar de sus muchos y fascinantes éxitos.

Notas
  En esta tabla se resume la clasificación de las partículas elementales del modelo estándar de la física de partículas, y en el siguiente diagrama puede apreciarse las relaciones funcionales de las mismas. $\square$

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Referencias:
  [1] vv.aa. (coordinados por Carlos Sánchez del Río), Física Cuántica, Pirámide, Madrid, 2008
  [2] vv.aa., Tabla de las tres familias de partículas elementales según el modelo actual de la física de partículas, [Wikipedia], consultado en enero de 2022
  [3] vv.aa., Diagrama de relaciones de las partículas elementales del modelo estándar de la física de partículas, [Wikimedia Commons], cpnsultado en enero de 2022
  [4] vv.aa., Teoría cuántica de campos, [Wikipedia], consultado en enero de 2022
  [5] Southorn, G.; Sparrow, G., Física. Cien conceptos, Librero, Madrid, 2020