EL MODELO DE LAS PARTICULAS Y LAS INTERACCIONES

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RELACIONADOS LHC 2008 Y 2009

 

(event / CERN)

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3 INTERROGANTES DEL MODELO ESTANDAR DE LAS PARTICULAS

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5 LHC / EL GRAN COLISIONADOR DE HADRONES

6 MATERIA OSCURA Y ENERGÍA OSCURA

7 MATERIA OSCURA

8 NOTICIAS DEL LHC

Indice de esta entrada:

Introducción

El modelo estándar

• El mundo atómico antes de los aceleradores
• La explosión de partículas
• La proposición Quark
• El Modelo Estándar
• Partículas hechas de quarks
• Ejemplo de hadrones formados de Quarks
• Los Leptones
• Quarks y la escala de las cosas
• Fuerzas e Interacciones
• Fuerzas
• Rayos Gamma
• Interacción fuerte
• Interacción débil
• Decaimiento Beta
• Decaimiento Alfa
• Estructura del Átomo

¿Qué preguntas permanecen?

Lectura previa: EXPERIMENTOS FISICA PARTICULAS / UNA MIRADA

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INTRODUCCIÓN

Sabemos que E= mc² significa que a partir de la masa se puede obtener energía, lo sabíamos puesto conocíamos de las centrales nucleares de energía eléctrica; sabemos que a partir de la energía podemos crear masa o sea materia, lo sabemos puesto que un acelerador de partículas , alimentado desde esa misma central nuclear, lo puede lograr.

Sabemos que al interior de las partículas o bajo la descomposición radioactiva de átomos hay otras partículas, subpartículas, y que podemos evidenciarlas con detectores, si las hacemos colisionar a enormes velocidades o sea a enorme energía cinética. Como lo decía Guy Sormann en el marco y a escala de las sociedades liberales: destrucción creativa, ley de vida.

Sabemos ya que si le entregamos más energía a la colisión se podrán crear partículas de mayor masa (E=mc² otra vez). Sabemos que si proveemos 1TeV (10¹² eV) de energía a un protón y un antiproton que van en rumbo de colisión, se podrían crear un electrón, un antielectrón o lo que es lo mismo un positrón, otro protón, un anti protón, una partícula como la W más masiva (más materia, más masa), eventualmente una de mayor masa aún: el Boson de Higgs u otra que ahora es desconocida y es que no sabemos todo lo que esconde el mundo infinitamente pequeño de las subpartículas.

¿Como sabemos todo esto?, ¿es acaso el universo una superposición de cáscaras de nueces que debemos romper una tras otras para saber lo que hay al interior?

Viaje hacia lo infinitamente pequeño, ¿viaje sin?

He aquí otra parte de la maravillas de la física de la partículas «EL MODELO DE LAS PARTICULAS Y LAS INTERACCIONES»o » MODELO ESTANDARD»

EL MODELO ESTANDAR

(http://www-visualmedia.fnal.gov/VMS_Site/gallery/stillphotos/2005/0400/05-0440-01D.hr.jpg)

El mundo atómico antes de los aceleradores

A mediados de 1930, la comprensión de la estructura fundamental de la materia parecía casi completa. Décadas antes, Rutherford había demostrado que los átomos tenían un núcleo relativamente tenue pero masivo. La teoría cuántica le había encontrado sentido al espectro atómico y los electrones orbitales. El descubrimiento del neutrón había explicado isótopos nucleares. Así pues los ladrillos bases de toda la materia eran los protones, neutrones, electrones y los cimientos de toda la materia.

Núcleo: Una colección de protones y neutrones que forman en c núcleo del átomo

Teoría cuántica: Es la teoría de la física que se aplica a muy pequeñas escalas de la materia. Lo esencial de la teoría es que la energía, la cantidad de movimiento, el momento angular tanto como las cargas vienen en cantidades discretas (paquetes) llamados «cuantos»

Sin embargo algunos puzles permanecieron:

¿Qué mantiene a los protones y los neutrones unidos formando el núcleo?

¿Cuáles son las fuerzas que intervienen en los decaimientos radiactivos del núcleo que generan rayos alfa, beta y gamma?

Para estudiar el núcleo y las interacciones de los neutrones y protones que lo forman, los físicos necesitaron una herramienta que pudiera actuar dentro de la pequeño de núcleo, como anteriormente lo habían hecho los experimentos de dispersión experimentos en el átomo. El acelerador es una herramienta que permite a los físicos discriminara estructuras muy pequeñas, produciendo partículas con muy alta cantidad de movimiento y, por tanto, de longitud de onda corta. La longitud de onda ( λ ) de la onda asociada es inversamente proporcional a la cantidad de movimiento (p) de la partícula ( λ= h / p), donde h = constante de Planck. Cuanto mayor sea la cantidad de movimiento, más corta es la longitud de onda, y más pequeñas las partículas que pueden ser estudiadas.

(Acelerador de partículas en FERMILAB)

Hay experimentos que estudian las colisiones de partículas de alta energía producidos en aceleradores de partículas. En los experimentos modernos, grandes detectores de varias capas rodean el punto de colisión. Cada capa del detector sirve una función en el seguimiento y la identificación de cada una de las muchas partículas que se pueden dar en una sola colisión.

La explosión de partículas

Para sorpresa de los físicos, los experimentos los aceleradores experimentos revelaron que el mundo de las partículas es muy rico; muchas nuevas partículas similares a los protones y los neutrones (llamados bariones) – y toda una nueva familia de partículas llamado mesones – fueron descubiertas. A principios del decenio de 1960 una centena de tipos de partículas habían sido identificadas.

Los hadrones: Son partículas hechas de constituyentes de interacción fuerte (quarks y gluones) Son hadrones los mesosnes y los bariones. Tales partículas participan en interacciones fuertes residuales.

Los bariones : Son hadrones formados de tres quark. El protón (uud) y el neutrón (udd) son bariones. Pueden tener también contener pares quark-antiquark.

Los mesones: Son hadrones formado de un número para de quark. La estructura básica de la mayor parte delos mesones es un quark y un antiquark.

La proposición Quark

En 1964, dos físicos – Murray Gell-Mann y George Zweig – independientemente golpearon con la idea de que protones y neutrones y todas esas nuevas partículas se explican por unos pocos tipos de objetos aún más pequeños; Gell-Mann los llamó quarks.

Ellos podrían explicar todos los bariones y mesons observados con sólo tres tipos de quarks (que ahora se llaman arriba (up, u), abajo (down, d), y el extraño (strange, s) y sus antiquarks. La parte de su revolucionaria idea era que tenían que asignar a los quarks cargas eléctricas de 2 / 3 y -1 / 3 en unidades de carga de protones; ¡tales cargas nunca habían sido observados!

Hoy en día, sabemos que hay seis tipos de quarks – arriba (up, u), abajo (down, d), extraño (strange, s), encanto( charm, c) , fondo (bottom, b), y encima (top, t).

Antiquarks (escrito con una barra sobre la letra que designa al quark) son los socios de antimateria de los quarks, que gozan de la misma masa pero de signo contrario al que corresponde al quark. Cuando un quark encuentra un antiquark, hay una aniquilación, desaparición para convertirse en otra forma de energía.

EL MODELO ESTANDAR

Casi treinta años y muchos experimentos más tarde, la idea quark ha sido confirmada, ahora es parte del Modelo Estándar de Partículas Fundamentales e Interacciones entre ellos. Los descubrimientos han demostrado que existen seis tipos de quarks (dada los extraños nombres de arriba (up), abajo (down), extraño (strange), encanto (charme), inferior y superior, en orden creciente de masa). Asimismo, existen otros seis tipos de partículas, incluyendo el electrón, llamadas leptones. El modelo también considera las interacciones fuerte, débil, electromagnética de los quarks y leptones, y, por tanto, explica los patrones de ataduras y decaimiento (radiactivo) nuclear.

Las partículas hechas de quarks

La razón por la que fraccional cargas eléctricas como las de los quarks no se han visto es que los quarks nunca son encontrados por separado, psi no que sólo dentro de las partículas de compuestas llamadas hadrones. Hay dos clases de hadrons: los bariones, que contienen tres quarks, y los mesones, que contienen un quark y un antiquark. La tabla de mesones de arriba ofrece algunos ejemplos. Las partículas hechas de los primeros cinco tipos de quark han sido producidas y estudiadas en los aceleradores. El quark top es tan masivo que tomó muchos años y aceleradores de alta energía para producirlo. El quark top fue finalmente descubierto en abril de 1995 en el Fermilab.

Ejemplo de hadrones

formados de Quarks

Tres de los más comunes hadrones:

Arriba con quarks u, u y d; ( Carga: 2/3+2/3+(-1/3) = 1)

Al medio el neutron (udd); (Carga: 2/3+(-1/3)+(-1/3)= 0)

Abajo el pi-meson (neutral) (u y anti u) (Carga: 2/3 -2/3 = 0)

VER 1 : * «¿Que es el sabor?» en INTERROGANTES DEL MODELO ESTANDAR DE LAS PARTICULAS

VER 2 : * «Carga Color » en INTERROGANTES DEL MODELO ESTANDAR DE LAS PARTICULAS

Los Leptones

En contraste con los quarks, cualquiera de los seis leptones se puede encontrar por sí mismo. El electrón es el lepton la más conocido. Otros dos leptones cargados, los muones, (descubierto en 1936) y el tau (descubierto en 1975) difieren de los electrones sólo en el sentido de que son más masivo de lo que es el electrón..

Los otros tres leptones son partículas muy elusivas llamadas neutrinos, que no tienen carga eléctrica y de muy poca masa, si las tuvieren. Hay un tipo de neutrino correspondiente a cada uno de los tres tipos de leptones con carga eléctrica. Para cada uno de los seis leptones hay un antilepton con igual masa y carga opuesta.

Quarks y la escala de las cosas

Si bien sabemos con seguridad que los quarks y electrones son más pequeños que 10 a la potencia de – dieciocho metros (la mil billonésima parte de una billonésima parte de un metro), es posible que no tengan tamaño en absoluto. También es posible que los quarks y electrones no sean partículas fundamentales sino que sean a su vez compuestos de partículas más fundamentales o sean «cuerdas» unidimensionales. ( ¡¡SI!! ¿ NUNCA TERMINAREMOS? )

En resumen, sabemos que:

Los átomos están hechos de protones, neutrones y electrones.

Los Protones y neutrones están compuestos de quarks, que son, posiblemente, los objetos más fundamentales.

Fuerzas e Interacciones

Ahora sabemos los fundamentos de la materia, pero también debemos preguntarnos:

¿Qué la mantiene unida?

Todas las fuerzas se deben a las interacciones de las partículas. Interacciones son de cuatro tipos: gravitatoria, electromagnética, fuerte y débil.

FUERZAS

Tipo Intensidad Alcance Mediador

La gravedad es tal vez la fuerza más familiar para nosotros, pero no se incluye en el Modelo Estándar, porque sus efectos son diminutos en los procesos de partículas y, además, los físicos aún no han descubierto la manera de incluirlo.

Las fuerzas electromagnéticas también son familiares, son responsables de mantener los electrones al núcleo para formar átomos eléctricamente neutros. Los átomos se combinan para formar moléculas o cristales a causa de los efectos electromagnéticos debido a su subestructura carga. La mayoría de las fuerzas cotidianas, como el apoyo al suelo o la fricción, se deben a las fuerzas electromagnéticas de la materia que resiste al desplazamiento de los átomos o electrones, desde su posición de equilibrio en el material.

En los procesos de partículas las fuerzas son descritas como intercambio de partículas, para cada tipo de fuerza hay una partícula asociada portadora. La partícula portadora de la fuerza electromagnética es el fotón. En un rango de energía vemos los fotones como luz; en otro los rayos gamma son los fotones producidos durante una transición nuclear.

Rayos Gamma

Generado en transición nuclear

Para distancias mucho más grandes que el tamaño de un núcleo atómico, las restantes dos fuerzas tienen sólo efectos minúsculos – por lo que nunca se perciben en la vida cotidiana. Pero son esenciales para la existencia de todas las cosas de la que está hecho el mundo, y la decadencia de los procesos decaimiento (radioactividad) que hacen a algunos tipos de materia inestable

Fuerza Interacción Fuerte

La fuerza fuerte mantiene juntos los quarks para formar hadrones; sus partículas portadoras son llamadas caprichosamente gluons («pegones»), ya que «glue» («pegan» ) con éxito los quarks entre sí.. La unión de los protones y los neutrones para formar los núcleos es el resultado a la interacción fuerte residual, debida a la fuerte interacción de quarks y gluones mandantes. Leptones no tienen interacciones fuertes

Interacción Débil

Las interacciones débiles son los únicos procesos en los que un quark puede cambiar a otro tipo de quark, o un lepton a otro lepton. Son las responsables del hecho de que todos los quarks y leptones más masivos (de más masa) decaen (radioactivamente) para producir quarks y leptones más ligeros (de masa). Esa es la razón por que la materia estable que nos rodea contiene sólo electrones y los más livianos dos tipos de quark (arriba (u) y abajo (d)). El portador partículas de las interacciones débiles son los bosones W y Z.

El decaimiento (radioactivo) beta de los núcleos fue el primer proceso débil observado: en un núcleo donde hay suficiente energía un neutrón se convierte en un protón y emite un electrón y un neutrino antielectron. Esta decadencia cambia el número atómico del núcleo. Rayo beta es el nombre dado el electrón emergente.

DECAIMIENTO BETA

(http://images.encarta.msn.com/xrefmedia/aencmed/targets/illus/ilt/T045707A.gif)

Ya que hemos explicado los rayos beta y gamma; ¿qué hay del rayo alfa?

La partícula alfa es un núcleo de helio – uno de los productos de la fisión nuclear. La fisión es la ruptura de un núcleo masivo en pequeños núcleos, lo que ocurre cuando la suma de las masas de los núcleos pequeños es menor que la masa del núcleo matriz. Se trata de un efecto residual de la interacción fuerte.

DECAIMIENTO ALFA

(http://www.hpwt.de/Alphae.gif9

(http://na47sun05.cern.ch/target/smodel/atom.gif)

Estructura del Atomo

Así ahora entendemos que los átomos tienes nucleones (protones y neutrones) que sestan hechos de quark hacen de arriba (u) y abajo (d) unidos por la fuerza fuerte. Los electrones, uno de los tres tipos de leptones, sea mantienen en su lugar es decir en las nubes de su órbita por la fuerza electromagnética de atracción debido a los protones de carga positiva.

¿Que preguntas permanecen?

El modelo estándar da respuestas a muchas de las preguntas acerca de la estructura y la estabilidad de la materia con sus seis tipos de quarks, seis leptones, y las cuatro fuerzas.

Pero el modelo estándar deja muchas otras preguntas sin respuesta:

* ¿Por qué hay tres tipos de quarks y leptones de cada carga?

*¿Hay algún patrón para sus masas?

* ¿Hay más tipos de partículas y fuerzas por descubrir todavía en aceleradores de mayor energía?

* ¿Son los quarks y los leptones realmente fundamentales, o si ellos también tienen una subestructura?

* ¿Qué partículas forman la materia oscura en el universo?

* ¿Cómo pueden las interacciones gravitacionales incluirse en el modelo estándar?

Preguntas como éstas mueven a los físicos de partículas a construir y operar nuevos aceleradores, como el LHC con el detector ATLAS, en la esperanza de que las colisiones de mayor energía puede aportar pistas a sus preguntas.

CONTINUA EN: «INTERROGANTES DEL MODELO ESTANDAR PARTICULAS«

(Datos y textos seleccionados de:

http://www.atlas.ch/etours.html;

http://hands-on-cern.physto.se/hoc_v21en/index.htm

http://particleadventure.org/index.html)

AÑO 2008

¡10.500 VISITAS RELACIONADAS CON EL LHC!

09/09/2008 A LAS 15:25 HORAS GMT

MUCHAS GRACIAS PORQUE DEMUESTRA INTERES POR LAS COSAS IMPORTANTES Y PORQUE PARA MI ES UN GRAN PREMIO

GRAZNIDO