BREVE HISTORIA FISICA EL SIGLO XX JAVIER DE LUCAS.

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1 BREVE HISTORIA FISICA EL SIGLO XX JAVIER DE LUCAS

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3 1925: Son formulados nuevos fundamentos para la mecánica cuántica
El físico alemán Werner Heisenberg aplica el concepto matemático de matrices para dar cuenta de los cuantos de luz discretos emitidos y absorbidos por los átomos. Su idea provee de una estructura para la nueva física cuántica

4 1926: La Ecuación de Schrödinger describe la naturaleza ondulatoria de la materia
El físico austriaco Erwin Schrödinger introduce su famosa ecuación:                                                     que describe la naturaleza de onda de la materia, la que se convierte en una piedra angular de la mecánica cuántica. Donde     es la función de onda de una partícula, m su masa y V su energía potencial

5 1927: W. Heisenberg propone el Principio Cuántico de Incertidumbre
Werner Heisenberg, físico alemán, establece su Principio Cuántico de Incertidumbre, en que es imposible medir exactamente la posición y velocidad de una partícula al mismo tiempo

6 1927: Se postula que el Universo comenzó desde un único evento
Georges Lemaitre, astrónomo y clérigo belga, concluye que el Universo comenzó su expansión desde un pequeño y caliente “huevo cósmico”. Este es el origen de la Teoría del Big Bang

7 1928: Son predichas las antipartículas
Combinando la relatividad especial con la mecánica cuántica, el físico británico Paul Dirac deduce una ecuación para el comportamiento de los electrones, la que inesperadamente también predice la existencia de nuevas partículas con propiedades similares pero carga opuesta, llamadas genéricamente antipartículas.

8 1929: Se establece la expansión del Universo
Edwin Hubble descubre que mientras más lejos está una galaxia de nosotros, más de su luz se desplaza hacia el rojo y más rápido se separa de nosotros. Esto sugiere que el Universo se expande, como fue predicho en 1922

9 1932: Se descubre el neutrón
El físico británico James Chadwick bombardea berilio con núcleos de helio, y encuentra el neutrón, el segundo constituyente del núcleo atómico junto con el protón. Esta partícula eléctricamente neutra puede ser usada para bombardear y probar el núcleo 1932: Se encuentra la primera Antipartícula El físico norteamericano Carl D. Anderson examina los rastros dejados por un rayo de partículas cósmicas en una cámara de niebla. Él descubrió la huella de la trayectoria de un electrón positivo, o positrón, cuya existencia fue predicha en 1928 por Paul Dirac

10 1932: Se propone el mecanismo de creación de agujeros negros
Basado en la Relatividad General, el astrónomo alemán Karl Schwarzschild mostró en 1916 que un cuerpo denso puede producir un efecto gravitacional tan fuerte que la luz no puede escapar: un agujero negro. En 1932, el astrofísico indo-americano Subrahmanyan Chandrasekhar calculó que una estrella de una cierta masa colapsa bajo su propia gravedad, convirtiéndose en una enana blanca. Para una masa mucho mayor el colapso puede llevar a una estrella de neutrones, y finalmente a un agujero negro

11 1932: Se inventa el ciclotrón
El físico norteamericano Ernest O. Lawrence y su estudiante M. Stanley Livingston construyen un ingenioso dispositivo para estudiar el núcleo atómico sondeándolos con partículas subatómicas energizadas. Su ciclotrón acelera esas partículas haciéndolas pasar repetidamente por un ciclo a través de un campo eléctrico y produce partículas con una energía extremadamente alta. El diseño inspira generaciones de aceleradores de partículas que examinan el núcleo y las partículas elementales 1933: Se presenta el problema de la materia oscura Fritz Zwicky, un astrónomo suizo en California, examina la rotación de las galaxias, concluye que ellas deben contener más masa de la que podemos ver, y llama a este inexplicable material “materia oscura”.

12 1934: Son producidos isótopos radioactivos artificiales
Irène Joliot-Curie (hija de Pierre y Marie Curie) y su marido Frèdéric Joliot-Curie, bombardean aluminio con núcleos de helio para producir un isótopo radioactivo artificial, fósforo-30. Los isótopos radioactivos son prontamente utilizados en exámenes biológicos como la toma de yodo desde la glándula tiroides

13 1937: Se encuentra un “electrón pesado”
Entre los rayos cósmicos examinados en una cámara de niebla, el físico norteamericano Carl D. Anderson y Seth Neddermeyer encuentran el muón, una partícula elemental 200 veces más masiva que un electrón

14 1938: Se descubre el mecanismo de producción de energía de las estrellas
La Física clásica no puede cuantificar la enorme energía generada por una estrella de tamaño promedio como nuestro Sol. El físico alemán-norteamericano Hans Bethe explica este fenómeno en términos de la teoría de las reacciones nucleares. Él calculó que la alta temperatura dentro de las estrellas causa que los núcleos de hidrógeno se fusionen, constituyendo helio, liberando una gran energía durante billones de años

15 1938-1939: Se observa la fisión nuclear en el uranio
Los químicos alemanes Otto Hahn y Fritz Strassmann detectaron "elementos livianos" en el uranio irradiado con neutrones; la física austriaca Lise Meitner (fugada de los nazis) y su sobrino Otto Frish explican este resultado como una fisión nuclear 1942: El microscopio de electrones es usado para examinar un virus Los electrones, debido a su comportamiento ondulatorio, tienen asociada una longitud de onda. En el microscopio electrónico, inventado por el ingeniero alemán Ernst Ruska, un haz de electrones de onda corta examina una muestra con más alta resolución que la que puede ser obtenida con un microscopio óptico. En 1942, Salvador Edward Luria, un biólogo ítalo-americano, usa el dispositivo para realizar imágenes de un virus de tamaño 10-7 metros

16 1942: Comienza a operar el primer reactor nuclear
Debajo de las galerías del estadio de fútbol de la Universidad de Chicago, un equipo encabezado por el físico ítalo-americano Enrico Fermi inició la primera reacción en cadena de fisión nuclear controlada, en una “pila atómica” que contenía uranio y grafito

17 1946: Se inventa la datación con Carbono
El químico norteamericano Willard Frank Libby muestra cómo encontrar la data de muerte de organismos vivos midiendo el decaimiento del carbono-14 radiactivo. La datación por radiocarbono es certera para eventos de más de mil años, y es ampliamente usada por arqueólogos, antropólogos e investigadores de la Tierra 1947: Se termina el primer gran radio telescopio Delineando sobre el trabajo pionero del ingeniero norteamericano Karl Jansky, y gracias a la tecnología radial desarrollada durante la Segunda Guerra Mundial, Bernard Lowell y sus colegas construyen un radio telescopio de 218 pies de diámetro, en Jodrell Bank, Inglaterra

18 1948: Se formula la teoría moderna de luz y
electrones, Electrodinámica Cuántica Los físicos norteamericanos Richard Feynman y Julian Schwinger, y el físico japonés Sin-Itiro Tomonaga, desarrollan la Electrodinámica Cuántica (QED), la primera teoría completa de la interacción de fotones y electrones

19 1953: Se propone la estructura de doble hélice para el ADN
El biólogo Maurice Wilkins y el biofísico Francis Crick, ambos británicos, junto con el biólogo norteamericano James Watson, descubrieron la estructura de doble hélice de la compleja molécula orgánica que codifica la información genética, el ADN. : Se derriba una ley fundamental de las partículas elementales La ley de conservación de la paridad afirma que las partículas elementales y sus imágenes en un espejo deberían comportarse en forma idéntica. Después de que 2 físicos estadounidenses de origen chino, Tsung-Dao Lee y Chen Ning Tang, propusieran que algunos procesos subatómicos violan esta ley, un equipo liderado por un tercer físico estadounidenses de origen chino, Chien-Shiung Wu, confirmó la predicción. 1957: Se lanza la primera nave espacial orbital En una asombrosa hazaña que puso inicio a la Era Espacial, la Unión Soviética lanza el primer satélite artificial, el Sputnik I, de 184 libras de peso, seguido por el Sputnik II, de 1000 libras

20 1958-1962: Son explorados y aplicados los túneles cuánticos
En 1958, el físico japonés Leo Esaki, trabajando en Sony Corporation, usa túneles cuánticos que permiten a electrones, con comportamiento de onda, pasar barreras consideradas impenetrables por la física clásica, en el nuevo dispositivo electrónico “diodo túnel”. En 1962, el estudiante de 22 años de la Universidad de Cambridge, Brian Josephson, descubre que los pares de electrones pueden perforar un túnel entre dos superconductores separados, un efecto que es usado en pruebas de sensibilidad magnética en geología, medicina y física. 1959: Se predice y confirma un nuevo efecto cuántico El físico estadounidense David Bohm y el estudiante graduado israelí Yakir Aharonov, predijeron que un campo magnético afecta las propiedades cuánticas de un electrón en una forma no admitida por la física clásica. El efecto Aharonov-Bohm se observa en 1960 e insinúa el caudal de sorpresas que seguían latentes en la mecánica cuántica

21 1963: Son descubiertos los Quasares
El astrónomo holandés-estadounidense Maarten Schmidt analiza el corrimiento al rojo de la luz emitida por el objeto astronómico 3C 273 y muestra que está extremadamente distante. Este es el primer quásar conocido, un objeto que se ve similar a una estrella pero más brillante que algunas galaxias. Los quásares pueden ser asociados con agujeros negros gigantes

22 1964: Se postula la existencia de los
Quarks Los teóricos estadounidenses Murray Gell-Mann y George Zweig postulan en forma independiente la existencia de los quarks, partículas con cargas eléctricas que son fracciones de las cargas de los electrones, como los ladrillos de protones, neutrones y otras partículas de interacción fuerte. Esto introduce un nuevo orden dentro del mundo subatómico

23 1967: Las fuerzas fundamentales comienzan a ser unificadas
Los físicos estadounidenses Steven Weinberg, Sheldon Glashow y el pakistaní Abdus Salam, crean en forma independiente la teoría “electrodébil”, que une las aparentemente diferentes fuerzas electromagnética y nuclear débil en una sola fuerza llamada “electrodébil”. La predicción clave de esta teoría es confirmada en 1983 por el físico italiano Carlo Rubbia y su equipo de investigación con el descubrimiento de los bosones pesados W y Z, portadores de la fuerza débil

24 1967-1968: Son descubiertos los Pulsares e interpretados como estrellas de neutrones
En Inglaterra, la estudiante graduada Jocelyn Bell y su asesor Anthony Hewish descubren pulsos periódicos de radio de estrellas fijas. El astrofísico estadounidense Thomas Gold propone que esos púlsares son estrellas de neutrones giratorias, los remanentes densos de explosiones de supernovas

25 1969: El ser humano llega a la Luna
En una proeza que dio inicio a la exploración humana directa de los cuerpos astronómicos, el astronauta estadounidense Neil Armstrong se convierte en el primer ser humano que camina en la Luna.

26 1969: Se encuentra la primera evidencia directa de los quarks
Experimentos de los físicos estadounidenses Jerome I. Friedman, Henry Kendall, Richard E. Taylor y otros, producen la primera evidencia de que los quarks, propuestos en 1964 por Gell-Mann, efectivamente existen dentro de protones y neutrones. La técnica es similar en principio al descubrimiento de Rutherford del núcleo atómico en 1911

27 1971-1980: Se propone una posible Teoría del Todo o Teoría de las Supercuerdas
El físico inglés Michael Green y el estadounidense John Schwarz, extienden la Teoría de las “Cuerdas” –que considera a las partículas elementales como vibraciones de cuerdas diminutas- a la Teoría de las “Supercuerdas”. Esta incorpora una nueva correspondencia llamada supersimetría, que ubica a las partículas y transportadores de fuerza en un mismo pie de igualdad. Para 1997, la teoría de las supercuerdas parece capaz de unir la mecánica cuántica con la teoría de la relatividad para explicar todas las partículas y fuerzas conocidas, inclusive la gravedad, aunque permanece sin ser probada experimentalmente : Se desarrolla el Modelo Standard de partículas elementales El “modelo standard” explica tres de las cuatro fuerzas fundamentales (electromagnética y de interacción fuerte y débil, omitiendo sólo la gravedad). Esta ley vincula las partículas clasificadas como leptones, entre ellas electrones, muones, quarks y portadores de fuerza tales como fotones, gluones y bosones pesados

28 1974: Se propone un mecanismo por el cual los agujeros negros emiten energía
El físico estadounidense Stephen Hawking, quien ostenta el cargo de profesor en la Universidad de Cambridge que ocupó Isaac Newton, sugiere que a pesar de su aplastante gravedad, los agujeros negros pueden causar emisiones de partículas subatómicas desde el espacio a su alrededor y, finalmente, evaporarlas mientras su energía es transferida a distancia

29 1978: Se confirma la existencia de la materia oscura
Siguiendo el trabajo pionero de Fritz Zwicky realizado en 1933, la astrónoma Vera Rubin y sus colegas analizan la rotación de las galaxias y concluyen que la gravedad, debido a su materia visible, es insuficiente para mantenerla junta, por lo tanto, las galaxias deben también contener materia invisible u oscura.

30 1980: Se propone el universo "inflacionario"
El Big Bang es generalmente aceptado como el origen del universo, pero falla al explicar detalles de la distribución de la radiación cósmica de fondo y en otras observaciones. El físico estadounidense Alan Guth genera ideas de física de partículas que proponen que el Big Bang fue seguido por un tiempo de crecimiento extremadamente rápido, la Teoría Inflacionaria. Esta sugerencia inspira la proliferación de historias hipotéticas sobre el cosmos.

31 1989: Se encuentra la Gran Muralla de galaxias
Después de inspeccionar cinco mil galaxias, los astrónomos estadounidenses Margaret Geller y John Huchra encontraron que éstas están ordenadas en delgadas láminas enrolladas alrededor de huecos gigantescos casi vacíos de galaxias, como burbujas de espuma de jabón. Entre esas láminas, la Gran Muralla se extiende millones de años luz. Es la estructura más grande conocida del universo

32 1989-1992: Se explora la radiación cósmica de fondo
La NASA lanza el satélite Explorador de Fondo Cósmico (Cosmic Background Explorer) COBE, en Este graba mapas de variaciones por minuto en la radiación térmica, representado por diferentes colores, a través del cielo. Los aportes de la Vía Láctea, incluidas en la imagen de fondo de arriba, han sido eliminadas en la imagen de abajo para revelar ondas en la radiación térmica dejadas desde el Big Bang

33 CONFIRMACION DEL BIG BANG

34 CONFIRMACION DEL BIG BANG
COBE Y WMAP

35 1990: Comienza a operar el Telescopio Espacial
Hubble El telescopio Hubble, construido bajo la supervisión de la Administración Nacional de Aeronáutica y del Espacio de Estados Unidos (NASA), es puesto en órbita sobre la atmósfera oscura de la Tierra. Después de corregir un desperfecto, el Hubble examina el universo con alta resolución en longitudes de onda desde el ultavioleta al infrarrojo

36 1993: Un reactor de fusión nuclear produce alta potencia
Trabajando a temperaturas más altas que las que existen al interior del Sol, el reactor Tokamak de la Universidad de Princeton genera megawatts de potencia por un segundo a través de fusión termonuclear de isótopos de hidrógeno. Más tarde el dispositivo alcanza potencias incluso mayores, y aunque entrega menos energía de la que usa, constituye un paso importante hacia la obtención de potencia mediante fusión. 1994: Comienza la planificación para el acelerador del siglo XXI La construcción del más poderoso acelerador de partículas del mundo es aprobada en CERN, el consorcio de investigación europea, cerca de Ginebra, Suiza. Este será construido 17 millas en torno a un túnel existente, acelerará y chocará protones de alta energía en busca de objetos como la propuesta partícula Higgs, la cual se pensaba que interactuaba con todas las partículas elementales dotándolas de masa

37 1995: Se encuentra el quark top
1994: Son propuestas nuevas técnicas físicas para secuenciar el ADN El Proyecto Genoma Humano comenzó en 1990, como una monumental empresa de 15 años para analizar la secuencia del ADN humano, la que nos daría un completo mapa genético (genoma). Rápidos y nuevos métodos físicos de secuenciación son propuestos en 1994, varios usan lásers, métodos fotolitográficos desarrollados por la industria de semiconductores, y detección de moléculas individuales. 1995: Se encuentra el quark top Investigadores usan la máquina Tevatron en el laboratorio del Acelerador Nacional Fermi cerca de Chicago para detectar el sexto y último miembro de la familia quark de partículas fundamentales. Algunos tempranos resultados de los aceleradores alrededor del mundo que guiaron al desarrollo del modelo estándar para la composición de la materia incluyen el descubrimiento del neutrino muon (1962), el quark encantado (charmed) (1974), el leptón tau (1975) y el quark fondo (bottom) (1977).

38 1995: Se detecta la rotación del núcleo interno de la Tierra
Usando mediciones de ondas sísmicas y simulaciones por ordenador, los geofísicos estadounidenses Xiaodong Song y Paul Richards muestran que el corazón interior sólido de la Tierra, de 1500 millas de diámetro, gira dentro del líquido externo del núcleo ligeramente más rápido que el resto del planeta

39 1995: Se alcanza un nuevo estado de la materia por la condensación de miles de átomos (condensado Bose-Einstein) En , el físico indio (hindú) Satyendra Nath Bose y Albert Einstein predijeron que átomos extremadamente fríos podrían condensarse en un único estado cuántico. En 1995, un equipo dirigido por los físicos estadounidenses Eric Cornell y Carl Wieman atrapan una nube de 2 mil átomos metálicos congelados a menos de una millonésima de grado sobre el cero absoluto, produciendo el condensado de Bose-Einstein. Este logro conduce a la construcción del láser atómico en El nuevo estado de la materia alcanzado en este “superátomo”, también llamado condensado Bose-Einstein o “burbuja mecánica cuántica”, es decisivo en el desarrollo de la medición de alta precisión y la nanotecnología. (De izquierda a derecha, la aproximación a la condensación: La propagación de temperaturas en la nube es representada por el ancho de la colina, la que se contrae mientras más átomos se unen al condensado en desarrollo).

40 1997: La misión Pathfinder explora Marte
Una astronave de la NASA aterriza en Marte y deja el Sojouner (que significa “morador o residente temporal”), un pequeño vehículo con ruedas que examina la superficie y sus rocas para investigar el pasado y presente de la geología marciana

41 1997: Se confirma la acción cuántica a distancia en una extensión de kilómetros
La teoría cuántica predice que dos partículas separadas por una amplia distancia pueden ser “enredadas” o “enmarañadas” de tal manera que la dimensión de una instantáneamente afecta las propiedades dimensionales de la otra. Einstein llamó a este inquietante efecto “spooky” (“fantasmal”). Incentivado por tempranas observaciones en varios laboratorios, un grupo suizo liderado por el físico Nicolas Gisin, confirmó este fenómeno a una distancia de 11 kilómetros

42 1998-2008: El puzzle de los neutrinos solares puede ser resuelto
El Observatorio de Neutrinos Sudbury (SNO) en Ontario es designado para resolver el problema de los neutrinos solares que surgió en Físicos nucleares y astrofísicos habían predicho el número de neutrinos producidos en la fusión solar que podrían llegar a la Tierra, pero los experimentos detectaron sólo un tercio como mucho. La solución del misterio puede requerir que los neutrinos tengan masa, y eviten ser detectados al cambiar sus características camino a la Tierra. El experimento ilustra la interdependencia de los reinos atómico y cósmico en una forma particularmente obligatoria y precisa

43 DETECTOR DE NEUTRINOS

44 2000-2010: Las ondas gravitacionales abren una nueva ventana al universo
Se cree que las ondas gravitacionales, aún no detectadas, se agitan a través del espacio-tiempo del universo. Se espera que un nuevo sistema de detección planificado para Louisiana, Estado de Washington, y para otros sitios alrededor del mundo, las encuentre. El Observatorio de Ondas Gravitacionales Interferómetro Láser (Laser Interferometer Gravitational Wave Observatory), LIGO, revelará el fenómeno cósmico en una forma jamás registrada por telescopios ópticos o de radio, descubriendo convincentes nuevas pruebas de las teorías de la Relatividad y el Big Bang

45 2000-2010: La fotónica compite con la
electrónica En principio, los fotones pueden transmitir, manipular y almacenar información más eficientemente que los electrones. Las fibras ópticas están comenzando a reemplazar los cables de cobre que han sido usados para la transmisión de datos por más de un siglo. De todos modos, el computador all-optical (“todo-óptico”) con circuitos fotónicos integrados, se encuentra aún en pañales. Cuando madure, serán posibles nuevas y revolucionarias formas de hacer "pensar" a las máquinas.

46 BREVE HISTORIA FISICA FIN EL SIGLO XX