PARTÍCULAS ELEMENTALES Quarks, leptones y la antimateria.

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1 PARTÍCULAS ELEMENTALES Quarks, leptones y la antimateria

2 PARTÍCULAS ELEMENTALES Las partículas elementales son los constituyentes elementales de la materia. Originalmente el término partícula elemental se usó para toda partícula subatómica como los protones y neutrones, los electrones y otros tipos de partículas exóticas que sólo pueden encontrarse en los rayos cósmicos o en los grandes aceleradores de partículas, como los piones o los muones. Sin embargo, a partir de los años 1970 quedó claro que los protones y neutrones son partículas compuestas de otras partículas más simples. Actualmente el nombre partícula elemental se usa para las partículas, que hasta donde se sabe, no están formadas por partículas más simples en interacción. protonesneutronesrayos cósmicosaceleradores de partículaspionesmuonesaños 1970

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4 PARTÍCULAS SUBATÓMICAS Los neutrones, protones y otras partículas compuestas como los hadrones y los mesones están formados por constituyentes más simples llamados quarks y antiquarks y "nubes" de gluones que los mantienen unidos.hadrones mesonesquarks antiquarksgluones La lista de partículas subatómicas que actualmente se conocen consta de centenares de estas partículas, situación que sorprendió a los físicos, hasta que fueron capaces de comprender que muchas de esas partículas realmente no eran elementales sino compuestas de elementos más simples llamados quarks y leptones que intereaccionan entre ellos mediante el intercambio de bosones.lista de partículasquarks leptonesbosones El término partícula elemental se sigue usando para cualquier partícula que esté por debajo del nivel atómico. Por ejemplo, es usual hablar de protones y neutrones como partículas elementales aún cuando hoy sabemos que no son "elementales" en sentido estricto dado que tienen estructura ya que el modelo estándar analiza a estas partículas en términos de constituyentes aún más elementales llamados quarks que no pueden encontrarse libres en la naturaleza.quarks

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6 QUARKS En la física de las partículas los quarks, junto con los leptones, son los constituyentes fundamentales de la materia y las partículas más pequeñas que el hombre ha logrado identificar. Varias especies de quarks se combinan de manera específica para formar partículas tales como protones y neutrones.leptonesmateriaprotonesneutrones Los quarks son las únicas partículas fundamentales que interactúan con las cuatro fuerzas fundamentales. Son partículas de espín 1/2, por lo que son fermiones. Forman, junto a los leptones, la materia visible. fuerzas fundamentalesespínfermiones Hay seis tipos distintos de quarks que los físicos de partículas han denominado de la siguiente manera: up (arriba),down (abajo),charm (encantado), strange (extraño),top (cima), y bottom (fondo). Fueron nombrados de una manera fácil de recordar y usar, además de los correspondientes antiquarks. Las variedades extraña, encanto, fondo y cima son muy inestables y se desintegraron en una fracción de segundo después del Big Bang, pero los físicos de partículas pueden recrearlos y estudiarlos. Las variedades arriba y abajo sí que se mantienen, y se distinguen entre otras cosas por su carga eléctrica.antiquarksBig Bang En la naturaleza no se encuentran quarks aislados, siempre se encuentran en grupos, llamados hadrones, de dos o de tres quarks, que se conocen como mesones y bariones respectivamente. Esto es una consecuencia directa del confinamiento del color. En el año 2003 se encontró evidencia experimental de una nueva asociación de cinco quarks, los pentaquark aunque su existencia aún es controvertida.hadronesmesones barionesconfinamiento del colorpentaquark

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8 LEPTÓN En física, un leptón es una partícula con espín -1/2 (un fermión) que no experimenta interacción fuerte (esto es, la fuerza nuclear fuerte). Los leptones forman parte de una familia de partículas elementales conocida como la familia de los fermiones, al igual que los quarks.físicaespínfermióninteracción fuertepartículas elementalesquarks Un leptón es un fermión fundamental sin carga hadrónica o de color. Existen seis leptones y sus correspondientes antipartículas: el electrón, el muón, el tau y tres neutrinos asociados a cada uno de ellos.fermión hadrónicaantipartículaselectrón muóntauneutrinos

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11 ¿QUE ES LA ANTIMATERIA? Se conoce como antimateria a las agrupaciones organizadas de antipartículas, de forma análoga a como la materia es la agrupación de partículas.antipartículaspartículas En ciencia se usa una barra horizontal o macrón para diferenciar las partículas de las antipartículas.macrón También se utiliza la diferencia de carga eléctrica entre ambas partículas: por ejemplo electrón e − y positrón e +.electrón positrón

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13 ¿DONDE SE ENCUENTRA ? Las teorías científicas más aceptadas afirman que en el origen del universo existían materia y antimateria en iguales proporciones, y sin embargo, el universo que observamos está compuesto únicamente por materia. En física, el proceso por el que la cantidad de materia superó a la de antimateria se denomina Bariogénesis, y baraja tres posibilidades. Bariogénesis

14 TEORIAS DE LA BARIOGÉNESIS Pequeño exceso de materia tras el Big Bang.Big Bang Especula con que la materia que forma actualmente el universo podría ser el resultado de una ligera asimetría en las proporciones iniciales de ambas Asimetría CP. Andréi Sájarov postuló por primera vez que las partículas y las antipartículas no tenían propiedades exactamente iguales o simétricas; una discusión denominada la Violación CP. Un reciente experimento sugiere que esto quizás sea cierto, y que por tanto no es necesario un exceso de materia en el Big Bang: simplemente las leyes físicas que rigen el universo favorecen la supervivencia de la materia frente a la antimateria. En este mismo sentido, también se ha sugerido que quizás la materia oscura sea la causante de la bariogénesis al interactuar de distinta forma con la materia que con la antimateria.Violación CPmateria oscura Existencia de galaxias de antimateria ligada por antigravedad.antigravedad Muy pocos científicos confían en esta posibilidad, pero todavía no ha podido ser completamente descartada. Esta tercera opción plantea la hipótesis de que pueda haber regiones del universo compuestas de antimateria. Hasta la fecha no existe forma de distinguir entre materia y antimateria a largas distancias, pues su comportamiento y propiedades son indistinguibles.

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16 USOS DE LA ANTIMATERIA Si bien la antimateria está lejos de ser considerada una opción por su abrumador coste y las dificultades tecnológicas inherentes a su manipulación, las antipartículas sí están encontrando usos prácticos: la Tomografía por emisión de positrones es ya una realidad. También se investiga su uso en terapias contra el cáncer, ya que un estudio del CERN ha descubierto que los antiprotones son cuatro veces más efectivos que los protones en la destrucción de tejido canceroso,y se especula incluso con la idea de diseñar microscopios de antimateria, supuestamente más sensibles que los de materia ordinaria. Pero el mayor interés por la antimateria se centra en sus aplicaciones como combustible (o incluso para armamento), pues la aniquilación de una partícula con una antipartícula genera energía pura según la ecuación de Einstein E=mc² La energía generada por kilo (9×1016 J/kg), es unas diez mil millones de veces mayor que la generada por reacciones químicas, diez mil veces mayor que la energía nuclear, y unas cien veces mayor que la energía de fusión.Tomografía por emisión de positronesCERNantiprotonesaniquilaciónEinstein E=mc² Por ejemplo, se estima que sólo serían necesarios 10 miligramos de antimateria para propulsar una nave a Marte.