Física de partícules

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La física de partícules ye la caña de la física qu'estudia los componentes elementales de la materia y les interacciones ente ellos.[1]

Les partícules fundamentales subdividir en bosones (partícules de espín enteru, como por casu 0, 1, 2...), que son les responsables de tresmitir les fuerces fundamentales de la naturaleza, y fermiones (partícules de espín semientero, como por casu 1/2 o 3/2).

Conocer a esta caña tamién como física d'altes enerxíes, por cuenta de que a munches d'estes partícules solo puédese-yos ver en grandes choques provocaos nos acelerador de partícules aceleradores de partícules.[2]

Diagrama de Feynman d'una desintegración beta, procesu por aciu el cual un neutrón puede convertise en protón. Na figura, unu de los trés quarks del neutrón de la esquierda (quark d n'azul) emite una partícula W-, pasando a ser un quark (o); la partícula emitida (W-) se desintegra nun antineutrino y un electrón.

Historia[editar | editar la fonte]

Primer observación d'un neutrín, n'incidiendo sobre un protón, nuna cámara de burbuyes.

El ser humanu, dende l'antigüedá, imaxinó qu'el Universu nel qu'habita ta compuestu de dellos elementos; por casu, Empédocles nel sieglu V antes de nuesa yera postuló que tou lo esistente podría llograse del amiestu de agua, tierra, fueu y aire.[3] Podríamos mentar a Demócrito como'l primeru n'indicar la esistencia d'átomos, como una especie d'elementos indivisibles.

Les meyores científiques de principios del sieglu XX per parte de Max Planck, Albert Einstein, Niels Bohr y otros dieron llugar a la nacencia de la mecánica cuántica. El efeutu fotoeléctricu amosaba la naturaleza cuántica de la lluz pa esplicar la so interacción cola materia, denominándose fotón al «cuanto» de lluz. Anguaño conócense otros trés partícules que interactúan cola materia, llamaes bosones. Pa esplicar la estructura de la materia apaecieron distintos modelos atómicos, siendo, escontra 1930, los electrones, protones y neutrones los constituyentes básicos de la materia. Escontra 1960, gracies a Murray Gell-Mann, predícense constituyentes más elementales pa los protones y neutrones, los quarks, polo que los elementos básicos constituyentes de la materia convertir en quarks, electrones y neutríns.

Partícules elementales[editar | editar la fonte]

Artículu principal: Modelo estándar

Los físicos de partícules esforciáronse dende un principiu por clasificar les partícules conocíes y por describir tola materia y les sos interacciones. A lo llargo de la hestoria de la física esistieron munches partícules que nel so momentu definiéronse como indivisibles, tales como los protones y neutrones, que más palantre se demostró que si lo son. Dempués de distintes teoríes atómiques y nucleares, na actualidá usa'l llamáu modelo estándar pa describir la materia que constitúi l'universu y les sos interacciones.

Acordies con el modelu estándar, esisten seis tipos de quarks, seis tipos de leptones y cuatro tipos de bosones. Estes partícules tán estremaes en dos grandes categoríes pol principiu d'esclusión de Pauli: les que nun tán suxetes a esti principiu son los bosones y a les que si lo tán se les llapada fermiones.[4]

Bosones[editar | editar la fonte]

Nome y carga eléctrica de los componentes de la materia.
Artículu principal: Bosón

Los bosones son partícules que nun cumplen el principiu d'esclusión de Pauli, polo que dos partícules pueden ocupar el mesmu estáu cuánticu. A temperatures bien baxes tienden a ocupar el nivel enerxéticu más baxu, ocupando toles partícules el mesmu estáu cuánticu.[5] En 1924, Satyendra Nath Bose y Albert Einstein postularon un modelu d'estadística, conocida agora como estadística de Bose-Einstein, pa molécules a temperatures bien cercanes al cero absolutu; esta mesma estadística resulta que puede aplicase tamién a esti tipu de partícules.[6]

Según el modelu estándar, los bosones son cuatro:[7]

Partícula Símbolu Masa (en GeV/c2) Carga eléctrica Espín Interacción
Fotón 0 0 1 electromagnética
Bosón W W± 80,4 ± 1 1 débil
Bosón Z Z0 91,187 0 1 débil
Gluón g 0 0 1 fuerte

Les teoríes matemátiques qu'estudien los fenómenos d'estes partícules son, nel casu de la cromodinámica cuántica la interacción fuerte de los gluones y nel casu de la electrodinámica cuántica ye la interacción electrodébil de fotones y bosones W y Z.

Fermiones[editar | editar la fonte]

Artículu principal: Fermión

Los fermiones son partícules con espín, o momentu angular intrínsecu, fraccionariu y que sí tán suxetos de primeres d'esclusión de Pauli. Esto ye que dos partícules nun pueden tar nun mesmu estáu cuánticu nel mesmu momentu. La so distribución ta rexida pola estadística de Fermi-Dirac; d'ende'l so nome.[8]

Los fermiones son básicamente partícules de materia, pero a diferencia de los bosones, non tolos fermiones son partícules elementales. El casu más claru ye'l de los protones y neutrones; estes partícules son fermiones pero tán compuestos de quarks, que, nel nuesu nivel actual de conocencies, sí se consideren como elementales.

Los fermiones estremar en dos grupos: los quarks y los leptones. Esta diferencia aplícase por cuenta de que los leptones pueden esistir aisllaos, a diferencia de los quarks que s'atopen siempres en presencia d'otros quarks.[9] Los grupos de quarks nun pueden tener carga de color por cuenta de que los gluones que los xunen tienen carga de color. Les propiedaes básiques d'estes partícules atopar equí:[7]

Tipu de fermión Nome Símbolu Carga
electromagnética
Carga débil* Carga de
color
Masa
Leptón
Electrón y- -1 -1/2 0 0,511 MeV/c²
Muon - -1 -1/2 0 105,6 MeV/c²
Tauón - -1 -1/2 0 1,784 GeV/c²
Neutrín electrónicu y 0 +1/2 0 < 50 eV/c²
Neutrín muónico 0 +1/2 0 < 0,5 MeV/c²
Neutrín tauónico 0 +1/2 0 < 70 MeV/c²
Quark
up o +2/3 +1/2 R/G/B ~5 MeV/c²
charm c +2/3 +1/2 R/G/B ~1.5 GeV/c²
top t +2/3 +1/2 R/G/B >30 GeV/c²
down d -1/3 -1/2 R/G/B ~10 MeV/c²
strange s -1/3 -1/2 R/G/B ~100 MeV/c²
bottom b -1/3 -1/2 R/G/B ~4,7 GeV/c²
  • Les partícules de la tabla solo tienen carga débil cargada (W+ y W-) si son levógiras o, pa les antipartícules, si son dextrógiras.

Les partícules arrexuntar en xeneraciones. Esisten tres generación: ·la primera ta compuesta pol electrón, el so neutrín y los quarks up y down. ·La materia ordinario ta compuesta por partícules d'esta primer xeneración. ·Les partícules d'otres xeneraciones se desintegran en partícules de les xeneraciones inferiores.

Partícules compuestes[editar | editar la fonte]

Artículu principal: Hadrón

Los físicos de partícules denominen como hadrones a les partícules que se componen d'otres más elementales. Los hadrones tán compuestos de quarks, antiquarks y de gluones. La carga eléctrica de los hadrones ye un númberu enteru, polo que la suma de la carga de los quarks que los componen ten de ser un enteru.[10]

La interacción fuerte ye la que predomina nos hadrones, anque tamién se manifiesten la interacción electromagnética y la débil.[11] Les partícules con carga de color interactúan por aciu gluones; los quarks y los gluones, al tener carga de color, tán confinamientu d'el color confinaos a permanecer xuníos nuna partícula con carga de color neutra.[12] La formulación teórica d'estes partícules realizar simultánea y independientemente Murray Gell-Mann y George Zweig en 1964, nel llamáu modelu de quarks. Esti modelu recibió numberoses confirmaciones esperimentales dende entós.

Los hadrones subdividir en dos clases de partícules, los bariones y los mesones.

Bariones[editar | editar la fonte]

Artículu principal: Barión
Representación artística de la estructura d'un protón.

Los bariones son partícules que contienen trés quarks, dellos gluones y dellos antiquarks. Los bariones más conocíos son los nucleones; esto ye, los protones y neutrones, amás d'otres partícules más masives conocíes como hiperones.[13] Dientro de los bariones esiste una intensa interacción ente los quarks al traviés de los gluones, que tresporta la interacción fuerte. Como los gluones tienen carga de color, nos bariones les partícules que la contienen camuden rápido de carga de color, pero'l conxuntu del barión permanez con carga de color neutra.[14]

Los bariones son tamién fermiones, polo que'l valor del so espín ye 1/2, 3/2,... Como toles partícules, los bariones tienen la so partícula de antimateria llamada antibarión, que se forma cola unión de trés antiquarks.[14] Ensin cuntar colos nucleones, la mayoría de bariones son inestables.[13]

Mesones[editar | editar la fonte]

Artículu principal: Mesón

Los mesones son partícules formaes por un quark, un antiquark y la partícula que les xune, el gluon. Tolos mesones son inestables; magar ello pueden atopase aisllaos por cuenta de que les cargues de color del quark y del antiquark son opuestes, llogrando un mesón con carga de color neutra. Los mesones son amás bosones, una y bones la suma de los espines, de los sos quark-antiquark más la contribución del movimientu d'estes partícules ye un númberu enteru.[15] Conozse tamién que'l mesón tien interacciones fuertes, débiles y electromagnétiques.[13]

Nesti grupu inclúyense'l pion, el kaón, la J/ψ, y munches otres. Pue que esistan tamién mesones exóticos, anque nun esiste evidencia esperimental d'ellos.

Partícules hipotétiques[editar | editar la fonte]

Artículu principal: Partícula hipotética

Ente les principales partícules conxeturaes teóricamente y qu'entá nun fueron confirmaes por nengún esperimentu hasta'l 2008, atópense:

Supersimetría[editar | editar la fonte]

La teoría de supersimetría plantega la esistencia de partícules supercompañeras de les actuales partícules esistentes.[20] Asina, ente les más destacaes tenemos:

Otres[editar | editar la fonte]

Clasificación per velocidá[editar | editar la fonte]

Acordies con la so masa y rangu de velocidá algamable les partícules hipotétiques (y les reales) pueden clasificase en:

  • Un tardión viaxa más lentu que la lluz y tien una masa en reposu non nula. Toles partícules con masa pertenecen a esta categoría.
  • Un luxón viaxa esactamente a la velocidá de la lluz, y nun tien masa. Toles partícules bosónicas ensin masa pertenecen a esta categoría, usualmente acéptase que los neutrinos tamién pertenecen a esta categoría.
  • Un taquión ye una partícula hipotética que viaxa más rápidu que la lluz, y que la so masa debe de ser imaxinaria. Nun se detectaron exemplos d'esti tipu de partícula.

Cuasipartículas[editar | editar la fonte]

Artículu principal: Cuasipartícula

Les ecuaciones de campu de la física de la materia entestada son bien similares a les de la física de partícules. Por eso, muncha de la teoría de la física de partícules puede aplicase a la física de la materia entestada, asignando a cada campu o escitación de la mesma un modelu qu'inclúi "cuasipartículas". Inclúyense:

Principales centros d'investigación[editar | editar la fonte]

Los más importantes llaboratorios de física de partícules nel mundu son:

  • CERN, alcontráu ente la frontera Franco-Suiza cerca de la ciudá suiza de Xinebra. El so principal proyeutu actual ye'l Large Hadron Collider o LHC, terminada la so construcción, foi puestu en funcionamientu. Ésti ye'l mayor acelerador de partícules del mundu. Nel CERN tamién podemos atopar al LEP, colisionador electrón positrón, y al Superproton sincrotrón.
LHC quadrupole magnets.jpg
  • Fermilab, alcontráu cerca de Chicago n'Estaos Xuníos, cuenta col Tevatrón que puede topetar protones y antiprotones y ye el segundu acelerador de partícules más enerxéticu del mundu dempués del LHC.
  • Llaboratoriu Nacional Brookhaven, alcontráu en Long Island (Estaos Xuníos), cuenta con un acelerador relativista d'iones pesaos que puede topetar iones pesaos como'l oru y protones polarizados. Foi'l primer acelerador d'iones pesaos y ye l'únicu que puede acelerar protones polarizados.
  • DESY, alcontráu en Hamburgu (Alemaña), cuenta col HERA que puede acelerar electrones, positrones y protones.
  • KEK, alcontráu en Tsukuba (Xapón), ye la organización xaponesa d'investigación d'altes enerxíes. Equí produciéronse munchos esperimentos interesantes como'l esperimentu d'oscilación del neutrín y l'esperimentu pa midir la violación de simetría CP nel mesón B.
  • SLAC, alcontráu en Palu Altu (Estaos Xuníos), cuenta col PEP-II que puede topetar electrones y positrones.

Éstos son los principales llaboratorios pero esisten munchos más.

Ver tamién[editar | editar la fonte]

Referencies y notes[editar | editar la fonte]

  1. «Campos y Partícules» (2000). Archiváu dende l'orixinal, el 12 de febreru de 2008. Consultáu'l 27 de febreru de 2008.
  2. «Partícules elementales». Enciclopedia Encarta. Consultáu'l 28 de febreru de 2008.
  3. Particle Data Group. «Respuesta a la entruga sobre los cuatro elementos». Consultáu'l 27 de febreru de 2008.
  4. Particle Data Group. «Clasificación de les Partícules». Consultáu'l 3 de marzu de 2008.
  5. Departamentu de Física y Matemática (Xunta d'Andalucía). «La física de partícules y les interacciones fundamentales». Consultáu'l 3 de marzu de 2008.
  6. Cantorné, A. (profes.net). «Un nuevu estáu de la materia:Entestáu Bose-Einstein». Archiváu dende l'orixinal, el 22 de xunu de 2008. Consultáu'l 3 de marzu de 2008.
  7. 7,0 7,1 Particle Data Group. «Componentes del "Modelu Standard" de les partícules ya interacciones fundamentales». Consultáu'l 3 de marzu de 2008.
  8. Particle Data Group. «Fermiones». Consultáu'l 4 de marzu de 2008.
  9. Particle Data Group. «Leptones solitarios». Consultáu'l 4 de marzu de 2008.
  10. Particle Data Group. «Hadrones: sociedaes de quarks». Consultáu'l 5 de marzu de 2008.
  11. Carlos Díaz. «Hadron». Consultáu'l 5 de marzu de 2008.
  12. Particle Data Group. «Carga de color y confinamientu». Consultáu'l 5 de marzu de 2008.
  13. 13,0 13,1 13,2 Solu Ciencia. «Teoría de les partícules elementales». Consultáu'l 6 de marzu de 2008.
  14. 14,0 14,1 Particle Data Group. «Bariones». Consultáu'l 6 de marzu de 2008.
  15. Particle Data Group. «Mesón». Consultáu'l 6 de marzu de 2008.
  16. «What exactly is the Higgs boson?» (inglés). Scientific American. Archiváu dende l'orixinal, el 11 de mayu de 2008. Consultáu'l 6 de marzu de 2008.
  17. http://cms.web.cern.ch/news/observation-new-particle-mass-125-gev
  18. «Unificación eletrodébil». Consultáu'l 7 de marzu de 2008.
  19. Eric W. Weisstein. «Graviton» (inglés). Consultáu'l 13 de marzu de 2008.
  20. 20,0 20,1 20,2 Santiago Cárdenes Martín. «Modelo estándar de la Física de Partícules». Consultáu'l 8 de marzu de 2008.
  21. David Darling. «neutralino» (inglés). Consultáu'l 8 de marzu de 2008.
  22. «Flash from the beginning of the Universe» (inglés). New Scientist. Consultáu'l 8 de marzu de 2008.

Bibliografía[editar | editar la fonte]

Enllaces esternos[editar | editar la fonte]

N'inglés[editar | editar la fonte]


Física de partículas