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F Í S I C A N U C L E A R D E P A R T Í C U L A S Baltasar González Benítez Gloria Garrido Paiva.

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1 F Í S I C A N U C L E A R D E P A R T Í C U L A S Baltasar González Benítez Gloria Garrido Paiva

2 Índice Historia de la materia Modelo Standard Relaciones entre partículas Generaciones de la materia Interacciones de la materia Principio de exclusión de Pauli Teoría de cuerdas

3 HISTORIA Una pregunta que siempre nos ha preocupado sobre el mundo, es su origen y materia. Así comienza el interés por conocer la estructura de nuestro alrededor. En la antigüedad los hombres buscaban el arje o principio fundamental de las cosas El primero que clasificó los elementos de la naturaleza (fuego, agua, tierra, aire) como materia fundamental fue Empédocles (5 aC), más adelante Demócrito supo que existía algo más fundamental a lo que denominó átomo.

4 HISTORIA Según la teoría atómica de Dalton, la materia es discontinua y está formada por partículas indivisibles llamados átomos. Esta teoría originó una serie de discusiones que desembocaron en la investigación de la conductividad eléctrica de los gases (experimentación de los rayos catódicos). Gracias a esto se descubrió el electrón 1897 por J.J. Thomson. El electrón fue considerado una partícula subatómica de carga negativa lo que obligó a los científicos a buscar una carga positiva ya que la materia es neutra.

5 HISTORIA Más tarde Rutherford estableció un nuevo modelo atómico donde cargas negativas (e - ) y cargas positivas (p + ) constituyen el núcleo; el átomo mayor que el núcleo incluye corteza electrónica donde los electrones describen órbitas circulares. El Físico ingles, J. Chadwick detectó otra partícula en el núcleo que denominó neutrón, por no tener carga.

6 HISTORIA A la par de estos descubrimientos, el alemán Hertz descubre el efecto fotoeléctrico (determinados metales son capaces de emitir electrones cuando se exponen a la luz) pero su explicación teórica llegará a manos de Einstein (1905) influida por la teoría cuántica de Planck. Esta teoría afirma que la luz esta constituida por partículas denominadas fotones (partícula elemental responsable de las manifestaciones cuánticas del fenómeno electromagnético). En resumen la estructura interna de la materia se constituye en cuatro partículas fundamentales: el electrón, el protón, el neutrón y el fotón. electrónel protónneutrónfotón

7 ELECTRÓN Es una partícula subatómica de tipo fermiónico. En un átomo los electrones rodean el núcleo, compuesto únicamente de protones y neutrones. Los electrones tienen una masa pequeña respecto al protón, y su movimiento genera corriente eléctrica en la mayoría de los metales. Estas partículas desempeñan un papel primordial en la química ya que definen las atracciones con otros átomos. El electrón fue descubierto por Joseph John Thomson en 1897 (Cambridge). VOLVER

8 PROTÓN Es una partícula subatómica con una carga eléctrica elemental positiva y una masa de 1,6726x10 –27 Kg. (unas 1836 veces la masa de un electrón). Experimentalmente, se observa el protón como estable, con un límite inferior en su vida media de unos años, aunque algunas teorías predicen que el protón puede desintegrarse, es decir el que sus partículas pierdan la consistencia que poseen y por lo tanto el átomo. El protón y el neutrón, en conjunto, se conocen como nucleones, ya que conforman el núcleo de los átomos. Ernest Rutherford lo descubrió en VOLVER

9 NEUTRÓN Un neutrón es un barión neutro formado por dos quarks down y un quark up. Forma, junto con los protones, los núcleos atómicos. Fuera del núcleo atómico es inestable y tiene una vida media de unos 15 minutos emitiendo un electrón y un antineutrino para convertirse en un protón. Su masa es muy similar a la del protón. A finales de 1932 el físico James Chadwick descubrió esta partícula. VOLVER

10 FOTÓN Es la partícula portadora de todas las formas de radiación electromagnética, incluyendo a los rayos gamma, los rayos X, la luz ultravioleta, la luz visible, la luz infrarroja, las microondas, y las ondas de radio. Fue desarrollado gradualmente entre 1905 y 1917 por Albert Einstein. PROPIEDADES MasaNula Carga eléctricaNeutra Carga de colorNeutra Spin Vida mediaEstable AntipartículaElla misma Interacciona con la Gravedad

11 Investigando investigando … llegaron al POSITRON, Carl Anderson descubrió esta partícula con la misma masa que el electrón y con carga positiva (e + ). A partir de 1940 se descubrieron cientos de partículas elementales y además las correspondientes antipartículas, idénticas en masa y vida media, pero con carga opuesta. HISTORIA

12 MODELO STANDARD Es una teoría que intenta describir la materia y las fuerzas fundamentales, exceptuando la gravedad. Características: –Bosones o Partículas mediadoras de fuerzas: son las partículas que transportan una fuerza fundamental (fotón) –Fermiones o Partículas materiales: partículas que tienen una propiedad intrínseca llamada espín cuyo valor es un número impar de semienteros y están compuestas por partículas más fundamentales llamadas quarks y leptones. Por lo tanto hay dos clases de partículas; Bosones (por ejemplo fotones, fonones, gluones) y Fermiones (Quark y leptones).Quark leptones

13 Quarks Los quarks son partículas fundamentales materiales que tienen la inusual característica de tener carga eléctrica fraccionaria, de valor 2/3 ó -1/3 Hay 6 tipos de quarks: Up/Down, Charm/Strange, y Top/Bottom y a cada quark le corresponde un antiquark. Los quarks forman partículas compuestas llamadas hadrones, se dividen en dos clases: –Bariones: constituidos por tres quarks (qqq), por ejemplo los protones son 2 quarks up y 1 quark down (uud) y los neutrones son 1 up y 2 down (udd). –Mesones: contienen 1 quark y 1 antiquarkMesones

14 Anécdota: Un mesón de cuatro quarks desafía la física y los físicos 30/11/2007 Los físicos del experimento Belle del KEK Laboratory en Japón descubrieron un curioso mesón bautizado Z(4430). Según algunos, se trataría de una partícula compuesta de cuatro quarks. Mesón sencillo VOLVER

15 Leptones Como hemos dicho anteriormente los leptones son partículas materiales fundamentales. Hay 3 pares de leptones, tres leptones con carga eléctrica negativa electrón (e), muon (µ), tau (T), y sus neutrinos correspondientes sin ella. Cada uno de los 6 leptones posee un antileptón, de igual masa y carga positiva. Los leptones son independientes, no necesitan otras partículas.

16 RELACIONES-PARTÍCULAS FERMIONES QUARKS BARIONES PROTÓN NEUTRÓN MESONES PIÓN KAÓN LEPTONES ELECTRÓNMUÓNTAUÓN BOSONES FOTÓNGLUÓNGRAVITÓN

17 GENERACIONES DE LA MATERIA Hemos visto que tanto los quarks como los leptones se dividen en tres pares, a los cuales se denomina generación (grupo formado por un Quark y un leptón de cada uno de los tipos de carga). De esta forma hemos explicado brevemente de que esta hecho el mundo pero…

18 LAS INTERACCIONES FUNDAMENTALES Según el modelo Standard, las partículas que interaccionan con las partículas materiales (fermiones) son los bosones. Existen 4 tipos de interacciones fundamentales: – interacción gravitatoriainteracción gravitatoria – interacción electromagnéticainteracción electromagnética – interacción nuclear fuerteinteracción nuclear fuerte – interacción nuclear débilinteracción nuclear débil

19 Interacción gravitatoria Es la más conocida de las interacciones debido a que a grandes distancias tiene mayores impactos que las demás. Posee solo carácter de atracción pero aun así en comparación con las otras es la mas débil. Según el modelo Standard la fuerza de la gravedad es transmitida por el GRAVITÓN. No está incluida en este modelo debido a que sus efectos son inapreciables en los procesos entre partículas. VOLVER

20 Electromagnetismo Es la interacción que actúa entre partículas con carga eléctrica. Dos objetos cargados con cargas opuestas (+/-) se atraen entre si, pero si son iguales se repelen, esto ocurre por ejemplo con un protón y un electrón. Las partículas que transmiten la fuerza electromagnética es el fotón VOLVER

21 ¿Qué hace que los átomos se unan para formar moléculas, si la mayoría de los átomos no tiene carga eléctrica? Recordamos que los átomos están hechos de componentes cargados. Las partes cargadas de un átomo pueden interactuar con las partes cargadas de otro átomo. Esto permite que los diferentes átomos estén ligados por un efecto llamado la fuerza electromagnética residual. Por lo tanto, la fuerza electromagnética es responsable de toda la química, y por lo tanto de toda la biología, y por lo tanto de la vida misma. La causa por la cual los átomos forman moléculas es la fuerza electromagnética residual, es decir, la parte cargada de un átomo interactúa con las cargas de otro átomo diferente.

22 Interacción nuclear fuerte Es la interacción que permite unirse a los Quarks para formar Hadrones. Las partículas poseen carga de color, es una propiedad que está relacionada con la interacción fuerte de las partículas. No tiene nada que ver con lo que se entiende como color, sino que se refiere a una propiedad que describe 3 aspectos (que coinciden con los 3 colores primarios) a diferencia del aspecto simple de la carga electromagnética. Esta fuerza se encarga de unir los quarks para formar hadrones, las partículas que transportan esta fuerza son los gluones. Las únicas partículas que poseen carga de color son los quarks y los gluones, las demás partículas tienen color neutro, por lo que la interacción nuclear fuerte actúa solo sobre los quarks. VOLVER

23 Interacción nuclear débil Se identifica con un tipo de carga llamada sabor que poseen solo quarks y leptones. Es la causante de que quarks y leptones decaigan en dos o mas partículas frágiles. La interacción débil es mediada por los bosones que son partículas con mucha masa. Es una interacción que solo atrae.

24 InteracciónGravitatoria Electro- magnética DébilFuerte Identificación Masa-energíaCarga eléctrica Carga de sabor Carga de color Partículas que las sienten todas partículas con carga Leptones y Quarks Quarks y Gluones Partículas mediadoras GravitónFotón Bosones W y Z Gluón

25 Principio de exclusión de Pauli Mi principio cuántico establece que no pueden estar en el mismo lugar y al mismo tiempo dos fermiones con todos sus números cuánticos idénticos. Sólo se aplica a fermiones (quarks y leptones).

26 Esta teoría asegura que todo en nuestro universo está formado por minúsculos hilos de energía (cuerdas) De acuerdo con esta propuesta, un electrón es una cuerda minúscula que vibra en un espacio-tiempo de más de cuatro dimensiones. Una cuerda puede oscilar de diferentes maneras dando lugar a un electrón, un fotón, un Quark. Actualmente la teoría de cuerdas se acerca a la teoría del todo, es decir, una teoría capaz de describir todos los fenómenos ocurridos en la naturaleza debido a las cuatro fuerzas fundamentales. TEORÍA DE CUERDAS

27 Las moralejas de este trabajo son: (1) A los físicos no les gusta desconocer cosas, y (2) Nunca le haga notar esto a un físico.


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