¿Cuál es la partícula más pequeña del universo? La física moderna da una respuesta inesperada

La búsqueda incansable por comprender las dimensiones más pequeñas del universo nos lleva a una pregunta fundamental: ¿Cuál es la partícula más pequeña existente?

Este enigma ha cautivado la imaginación de científicos y el público en general durante generaciones, convirtiéndose en uno de los temas más buscados en plataformas como Google. Sin embargo, la respuesta no se presenta con la simplicidad que podríamos desear.

Expertos consultados por Scientific American señalan que la complejidad reside en la ambigüedad inherente al concepto de "pequeño" en el contexto del mundo subatómico. El tamaño y la masa pueden ser interpretados de manera diferente, desafiando nuestras nociones intuitivas sobre la escala.

La Dimensión Subatómica: Un Laberinto de Complejidad

Janet Conrad, física de partículas en el Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT), ilustra esta dificultad al mencionar que una partícula puede ser considerada "pequeña" debido a su ligereza, mientras que otra puede ser percibida como tal por su reducido radio, a pesar de tener una masa considerable. Esta distinción es crucial para comprender la naturaleza intrincada de las partículas fundamentales.

La física de partículas se enfrenta al desafío de definir con precisión qué significa "pequeño" en este ámbito. Las partículas fundamentales, ya sean fermiones como los electrones o bosones como los fotones, son aquellas que no pueden descomponerse en partes más pequeñas con la tecnología actual. Por ejemplo, los protones, aunque esenciales para la formación de los átomos, no son fundamentales, ya que pueden dividirse en quarks, que sí lo son.

Partículas Fundamentales: Sin Tamaño. Sin Estructura

Sin embargo, según el Modelo Estándar, la teoría que describe las partículas y fuerzas conocidas, todas las partículas fundamentales carecen de tamaño. Juan Pedro Ochoa-Ricoux, físico de partículas en la Universidad de California, Irvine, afirma que "las partículas fundamentales son puntos euclidianos, no son ni siquiera unidimensionales. Las concebimos como puntos de dimensión cero que no tienen una posición determinada".

Esta visión desafía nuestra comprensión tradicional del tamaño y sugiere que las partículas no deben imaginarse como pequeñas esferas, sino más bien como nubes de probabilidades. Esta concepción se refuerza con la ausencia de pruebas de estructura interna en las partículas fundamentales. A pesar de los esfuerzos por detectar alguna extensión espacial en ellas, no se ha encontrado evidencia de que contengan algo en su interior.

En este contexto, la noción clásica de tamaño pierde sentido en el ámbito subatómico, y comparar partículas en términos de "más grande" o "más pequeño" se vuelve tan ilógico como intentar medir la magnitud del "arriba".

Ante esta imposibilidad de medir el tamaño, los físicos recurren a la masa como criterio alternativo. Utilizando la famosa ecuación de Einstein (E = mc²), que relaciona energía y masa, se puede calcular la masa de diversas partículas. El electrón, por ejemplo, tiene una masa de aproximadamente 0,51 mega-electrón-voltios por velocidad de la luz al cuadrado (0,51 MeV/c²), lo que equivale a unos 9,109 × 10⁻³¹ kilogramos.

Existen partículas cuya masa es prácticamente nula. Entre los bosones, el fotón destaca como el candidato más claro a "partícula más pequeña" del universo, ya que no tiene masa. Los gluones, responsables de mantener unidos a los quarks, también se consideran sin masa, aunque su estudio resulta mucho más complejo debido a que suelen encontrarse confinados dentro de protones y neutrones.

En el caso de los fermiones, el neutrino es el principal aspirante, aunque su masa exacta sigue siendo un misterio. Se estima que pesa alrededor de 0,45 eV/c², es decir, menos de una millonésima parte de la masa de un electrón.

¿Una Sola Respuesta?

A pesar de estos cálculos, tanto Ochoa-Ricoux como Conrad insisten en que la respuesta a la pregunta sobre la partícula más pequeña depende del enfoque adoptado. La física de partículas demuestra que no existe una única solución, sino que varía según el aspecto que se quiera analizar: masa, tamaño o fundamentalidad.

La ciencia nos muestra que la respuesta a cuál es la partícula más pequeña del universo depende, en última instancia, de la forma en que se plantea la pregunta, un hecho que invita a reconsiderar los límites del conocimiento sobre la materia más elemental. Esta complejidad nos recuerda que el universo sigue escondiendo secretos que desafiarán nuestra comprensión durante generaciones.