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Tema 1: El átomo.. Índice 1. Modelos atómicos. 2. El Modelo Estándar. 3. Fuerzas: Bosones 4. Materia: Leptones y Quarks.

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1 Tema 1: El átomo.

2 Índice 1. Modelos atómicos. 2. El Modelo Estándar. 3. Fuerzas: Bosones 4. Materia: Leptones y Quarks.

3 Índice 1. Modelos atómicos. 1. Modelo de Dalton. 2. Modelo de Rutherford 3. Modelo de Thomson. 4. Modelo de Bohr. 5. Modelo Estándar. 2. El Modelo Estándar. 3. Fuerzas: Bosones 4. Materia: Leptones y Quarks.

4 Modelos atómicos Modelo de Dalton La materia está formada por partículas muy pequeñas ÁTOMOS, que son indivisibles y no se pueden destruir. Los átomos de un mismo elemento son iguales entre sí. Modelo de DaltonModelo de RutherfordModelo de ThomsonModelo de Bohr

5 Modelo de Thomson El átomo está compuesto por electrones de carga negativa en un átomo positivo (como un budín de pasas) Se pensaba que los electrones se distribuían uniformemente alrededor del átomo. Los átomos de un mismo elemento son iguales entre sí. En 1897 J.J. Thomson descubre el ELECTRÓN Modelos atómicos Modelo de DaltonModelo de RutherfordModelo de ThomsonModelo de Bohr

6 Modelos atómicos Modelo de Rutherford El átomo está formado por dos partes: 1. La "corteza", constituida por todos sus electrones, girando a gran velocidad alrededor de 2. un "núcleo", muy pequeño, que concentra toda la carga eléctrica positiva y casi toda la masa del átomo. En 1911 Experimento de Rutherford Descubrimiento del núcleo Modelo de DaltonModelo de RutherfordModelo de ThomsonModelo de Bohr

7 Modelos atómicos Modelo de Bohr para el átomo de H OBJETIVO: Explicar la estabilidad de la materia y los espectros de emisión y absorción discretos. Los electrones giran en órbitas circulares alrededor del núcleo, ocupando la órbita de menor energía posible, (más cercana al núcleo) Cada órbita puede identificarse mediante un número entero n: Número Cuántico Principal. Estabilidad del átomo: fuerza electromagnética. En 1889 Constante de Planck Los fotones no tienen energía continua sino discreta: CUÁNTOS DE ENERGÍA Modelo de DaltonModelo de RutherfordModelo de ThomsonModelo de Bohr

8 Modelos atómicos VISIÓN ACTUAL DEL ÁTOMO Modelo Estándar Hablamos de: probabilidad Funciones de onda Partículas elementales Modelo de DaltonModelo de RutherfordModelo de ThomsonModelo de Bohr

9 Índice 1. Modelos atómicos. 2. El Modelo Estándar. 3. Fuerzas: Bosones 4. Materia: Leptones y Quarks.

10 El Modelo Estándar Es uno de los mayores logros de la física de partículas. Describe todas las partículas y sus interacciones. Incluye: 6 quarks y sus antipartículas (en 3 colores). 6 leptones y sus antipartículas. 4 bosones o intercambiadores de fuerzas. Toda la materia conocida está formada por quarks y leptones que interaccionan intercambiando bosones. Materia Fuerzas

11 El Modelo Estándar Una antipartícula es igual a su partícula pero con la carga de signo opuesto. Tienen algunos números cuánticos diferentes. ¡¡ Antimateria Materia oscura !! ¿Qué es la antimateria? Partículas de materia y antimateria Iguales y opuestas Partículas de materia Partículas de antimateria

12 El Modelo Estándar Leptones y Quarks: Materia Bosones: Fuerzas

13 Índice 1. Modelos atómicos. 2. El Modelo Estándar. 3. Fuerzas: Bosones 1. Fuerza Electromagnética. 2. Fuerza Fuerte 3. Fuerza Débil 4. Fuerza Gravitatoria 4. Materia: Leptones y Quarks.

14 Fuerzas: Bosones Protones y electrones separados por la fuerza electromagnética (distinta carga se atraen) … pero ¿qué pasa con los protones en el núcleo? ¿por qué no se repelen? Cada fuerza tiene una partícula asociada con ella, un bosón, que le permite actuar a distancia. FuerzaIntensidad relativaAcción Gravitatoria1Nos mantiene sobre el suelo Débil10 29 Procesos nucleares Electromagnética10 40 Une protones y electrones Fuerte10 43 Mantiene unido el núcleo

15 Fuerzas: Bosones 1. Fuerza Electromagnética Emitiendo o absorbiendo un fotón el electrón puede cambiar su posición y su energía en un átomo. El fotón es un bosón de masa m=0 y carga q=0 Existe un intercambio de partículas. Ocurre entre partículas cargadas.

16 Fuerzas: Bosones 2. Fuerza Fuerte Hace que protones (cargados positivamente) permanezcan unidos en el interior del núcleo. Actúa entre quarks. Los quarks tienen una carga fuerte llamada carga de color. Hay tres colores rojo, azul y verde. La fuerza entre cargas de color es muy intensa. Dos quarks interaccionan intercambiando gluones. Los gluones también tienen carga de color.

17 Fuerzas: Bosones 3. Fuerza Débil Implica interacciones entre quarks y leptones, como la desintegración beta. La carga débil se denomina sabor y hay dos. Hay tres portadores de fuerza: W +, W - y Z 0. Tienen masa. Desintegración beta: 1. Un quark d del neutrón decae en un quark u emitiendo un bosón W 2. Finalmente, el bosón decae en leptones

18 Fuerzas: Bosones Unificación El modelo estándar intenta unificar las cuatro fuerzas elementales. Eléctrica Magnética Débil Fuerte Electromagnética Electrodébil ? ¿Y la gravitatoria? … ¡No encaja!

19 Fuerzas: Bosones 4. Fuerza Gravitatoria La gravedad de Einstein no es válida a cortas distancias. No se ha encontrado un equivalente cuántico. Teóricamente, la interacción gravitatoria intercam- biaría un bosón llamado gravitón, pero... … el gravitón no ha sido descubierto. Como la gravedad es muy poco intensa a cortas distancias, el Modelo Estándar funciona muy bien con electromagnetismo, interacción débil y fuerza fuerte. ¿Gravitón?

20 Índice 1. Modelos atómicos. 2. El Modelo Estándar. 3. Fuerzas: Bosones 4. Materia: Leptones y Quarks. 1. Quarks. 2. Leptones.

21 Materia: Leptones y Quarks 1. Quarks Existen tres familias de quarks: (u,d), (c,s) y (t,b) Tienen carga eléctrica, sabor y color. Sienten todas las interacciones fundamentales: electromagnética, débil, fuerte ( y gravitatoria). No existen de forma libre, sino en combinaciones sin color: Up y Down: materia normal. protones (uud) y neutrones (udd) Charm, Strange, Top y Bottom: rayos cósmicos o aceleradores. QuarksLeptones

22 Materia: Leptones y Quarks 2. Leptones Tienen carga eléctrica (o no), y tienen sabor, pero no color. Sienten todas las interacciones fundamentales salvo la fuerte: electromagnética, débil ( y gravitatoria) Los electrones e - y neutrinos electrónicos ν e son los constituyentes de la materia normal. Los demás (muones, tauones, y antineutrinos muónicos y tauónicos) se producen en colisiones en rayos cósmicos o en aceleradores. QuarksLeptones

23 Y … ¿qué falta? El bosón de Higgs es la partícula que explica el por qué de la masa: ¿Por qué las partículas tienen la masa que tienen? ¿Por qué las partículas iguales tienen masas iguales? No se ha detectado experimentalmente… ¡pero falta poco! EL BOSÓN DE HIGGS


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