Qué dice la ciencia sobre la partícula más pequeña del universo y por qué la respuesta sigue abierta

La pregunta sobre cuál es la partícula más pequeña del universo ha intrigado a generaciones y figura entre las búsquedas más populares en Google. Sin embargo, la respuesta está lejos de ser sencilla. Según explican expertos consultados por Scientific American, la dificultad radica en que conceptos como “pequeño” pueden referirse tanto a la masa como al tamaño, y en el mundo subatómico, estas ideas adquieren matices inesperados.

La física de partículas, disciplina que estudia los componentes más elementales de la materia, enfrenta el reto de definir qué significa realmente “pequeño”. Janet Conrad, física de partículas en el Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT), señala que el término puede aludir tanto a la ligereza de un objeto como a su radio.

“Podría decir que una bola de algodón es ‘pequeña’ porque es muy liviana, o que una diminuta bola de metal es ‘pequeña’ porque su radio es muy pequeño, aunque pese mucho más que la bola de algodón”, explica Conrad en declaraciones recogidas por Scientific American. Esta distinción es fundamental, ya que una partícula puede ser la más ligera sin ser necesariamente la de menor tamaño, y viceversa.

Partículas fundamentales y el problema del tamaño

A esta complejidad se suma la diferencia entre partículas fundamentales y compuestas. Las primeras, 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 conocidos por su papel en la formación de los átomos, no son fundamentales, ya que pueden dividirse en quarks, que sí lo son. Así, la búsqueda de la partícula más pequeña suele centrarse en las fundamentales, bajo la premisa de que, al no tener estructura interna, serían “más pequeñas” que las compuestas.

Sin embargo, aquí es donde la física moderna introduce una perspectiva inesperada. Juan Pedro Ochoa-Ricoux, físico de partículas en la Universidad de California, Irvine, advierte que, según el Modelo Estándar —la teoría que describe las partículas y fuerzas conocidas, salvo la gravedad—, todas las partículas fundamentales carecen de tamaño.

“Las partículas fundamentales son puntos euclidianos”, afirma Ochoa-Ricoux en entrevista con Scientific American. “No son ni siquiera unidimensionales. Las concebimos como puntos de dimensión cero que no tienen una posición determinada. Por eso, en vez de imaginar electrones como pequeñas esferas girando alrededor del núcleo atómico, deberíamos pensarlos como una nube de probabilidades”.

Esta visión se refuerza con la ausencia de pruebas de estructura interna en las partículas fundamentales. Conrad subraya que, pese a los esfuerzos por detectar alguna extensión espacial en ellas, no se ha encontrado evidencia de que contengan algo en su interior.

Así, la noción clásica de tamaño pierde sentido en el ámbito subatómico, y la comparación entre partículas en términos de “más grande” o “más pequeña” se vuelve tan absurda como preguntar qué hay al norte del “arriba”.

Masa como criterio alternativo

Ante la imposibilidad de medir el tamaño, los físicos suelen recurrir a la masa como criterio alternativo. Utilizando la famosa ecuación de Einstein (E = mc²), que relaciona energía y masa, y empleando el electrón-voltio (eV) como unidad, 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. En comparación, el quark “arriba” —el más ligero de los quarks— es más de cuatro veces más pesado, con unos 2,14 MeV/c².

No obstante, 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.

En tanto, los gluones, responsables de mantener unidos a los quarks, también se consideran sin masa, aunque su estudio resulta mucho más complejo porque 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.

¿Tiene una única respuesta la pregunta sobre la partícula más pequeña?

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

La ciencia 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, tal como destaca Scientific American.