Definición basada en quarks y leptones

Los leptons (el más famoso es el electrón), y los quarks (que forman los bariones, como son los protones y los neutrones) se combinan para formar átomos, que a su vez forman moléculas. Dado que los átomos y las moléculas se dice que son materia, es natural una frase para la definición como: " la materia ordinaria es algo que está formado de lo mismo de lo que están hechos los átomos y las moléculas". (Sin embargo, hay que señalar que también se puede hacer con estos mismo componentes básicos otra materia que no son los átomos o moléculas.) Así, dado que los electrones son leptones y los protones y neutrones están formados por quarks, esta definición, a su vez, conduce a la definición de materia como formada de " quarks y leptones ", que son los dos tipos elementales de fermiones. Según Carithers y Grannis: " La materia ordinaria está formada enteramente de partículas de la primera generación, a saber los quarks “u” [up, encima] y “d" [down, abajo], más el electrón y su neutrino. ²⁸ (Por "de la primera generación" se entiende quarks estables y leptones. "Generaciones superiores” decaen en partículas "de la primera generación". ²⁹ ) Esta definición de materia ordinaria es más sutil de lo que en principio parece. Hay dos grupos de partículas. Todas las partículas que constituyen la materia, como electrones, protones y neutrinos, son fermiones. Todos los portadores de fuerza son bosones .³⁰ Ver la tabla de la figura. Los bosones W y Z que medían la fuerza débilno están formados de quarks y leptones, y así, no son materia ordinaria, pero realmente tienen masa .³¹ En otras palabras, la masa no es algo exclusivo de la materia ordinaria.Como se puede apreciar en la anterior discusión, muchas de las primeras definiciones de lo que se llamó “materia ordinaria” estaban basado sobre su estructura "o componentes básicos". En la escala de las partículas elementales, una definición que sigue esta tradición puede enunciarse como que: " la materia ordinaria es todo que es formado de partículas elementales fermiones, a saber quarks y leptones. ^26 27 La conexión entre estas formulaciones es como sigue.

La definición de materia ordinaria basada en los quark y leptones ordinaria, sin embargo, no solamente identifica los componentes básicos elementales de la materia, sino que también incluye los agregados formados con estos constituyentes (átomos y moléculas, por ejemplo). Tales agregados contienen una energía de interacción que mantiene a los componentes unidos, y puede constituir la mayor parte de la masa del agregado. Por ejemplo, en su mayor parte, la masa de un átomo es simplemente la suma de las masas de sus protones, neutrones y electrones constituyentes. Sin embargo, a un nivel más profundo, los protones y neutrones están formados de quarks unidos por campos de gluones. (Ver QCD) .³² Básicamente, la mayor parte de la masa de hadrones es la energía de interacción de los quarks enlazados. Así, la mayor parte de que se compone "la masa" de la materia ordinaria es la energía de interacción interquark .³³ Por ejemplo, "Las fuerzas gluónicas que enlazan tres quarks (de masa total 12.5 MeV) para formar un nucleón contribuyen a la mayor parte de su masa de 938 MeV²⁹ .³⁴ De manera similar, el plasma de quark-gluones, se considera un estado de materia, y obviamente incluye los gluones. Lo esencial aquí es: en un complejo como un átomo o un hadrón, la materia en el complejo no es generalmente la fuente más significativa de la masa parteneciente al complejo.