3 MODELO FSICA SISTEMAS estudia ESTRUCTURAS COMPONENTES
INTERACCIONES sufren dan lugar a CAMBIOS sufren dan lugar a
PROCESOS organizados en formados por involucradas en basndose en *
OBSERVACIN * EXPERIMENTACIN * MEDICIN CONCEPTOS LEYES Y RELACIONES
definiendo estableciendo permiten disear un constituyen un
Diapositiva 4
Antonio Prez Vicente Interacciones y partculas4
Diapositiva 5
5 GRAVEDAD TERRESTRE MECNICA CELESTE INTERACCIN GRAVITATORIA
ISAAC NEWTON 1687 ELECTRICIDAD INTERACCIN ELECTROMAGNTICA
MAGNETISMO PTICA JAMES C. MAXWELL 1864 PROTONES NEUTRONES MESONES
INTERACCIN NUCLEAR FUERTE HIDEKI YUKAWA 1934 DESINTEGRACIN BETA
NEUTRINOS INTERACCIN NUCLEAR DBIL GLASHOW, SALAM, WEINBERG
1967
Diapositiva 6
Antonio Prez Vicente Interacciones y partculas6 La experimentan
todas las partculas (Universal). Muy dbil (10 -39 veces menor que
la fuerza fuerte) Alcance infinito. Atractiva. Responsable de la
estructura del universo Gravitatoria
Diapositiva 7
Antonio Prez Vicente Interacciones y partculas7 Electromagntica
:La experimentan partculas cargadas. Puede ser atractiva o
repulsiva. Alcance infinito. Intensa (10 36 veces mayor que la
gravitatoria). Responsable de la estructura de la materia (tomos,
molculas)
Diapositiva 8
Antonio Prez Vicente Interacciones y partculas8 La experimentan
los quarks. Alcance finito (10 -15 m). Atractiva. La ms intensa
(100 veces mayor que la electromagntica) Responsable de mantener
unido el ncleo Fuerte
Diapositiva 9
Antonio Prez Vicente Interacciones y partculas9 La experimentan
quarks y leptones. Alcance finito (10 -17 m). Poco intensa (10 13
veces menor que la fuerza fuerte). Produce cambios de identidad en
las partculas Responsable de desintegraciones radiactivas Dbil
Diapositiva 10
Antonio Prez Vicente Interacciones y partculas10 Cunticamente,
las interacciones se deben al intercambio de partculas virtuales
llamadas mediadores. Electromagntica: Fotn ( ) Se describen
mediante diagramas de Feynman Fuerte: Gluones Dbil: W +, W -, Z 0
Gravitatoria: Gravitn
Diapositiva 11
Antonio Prez Vicente Interacciones y partculas11 Las
interacciones se superponen a grandes energas Intensidad de la
fuerza Energa en GeV
Diapositiva 12
Antonio Prez Vicente Interacciones y partculas12
Diapositiva 13
Antonio Prez Vicente Interacciones y partculas13 MASA Depende
de Energa (E = mc 2 ) CARGA Mltiplos de e SPIN Mltiplos de 1/2
FERMIONES spn semientero BOSONES spn entero Se clasifican en funcin
de:
Diapositiva 14
Antonio Prez Vicente Interacciones y partculas14 Partculas
descubiertas entre 1898 y 1964
Diapositiva 15
Antonio Prez Vicente Interacciones y partculas15 Partculas
descubiertas desde 1964 hasta el presente
Diapositiva 16
Antonio Prez Vicente Interacciones y partculas16 Escalas de
energa y partculas descubiertas Las actuales investigaciones en
laboratorio llegan hasta aqu Escala de unificacin electrodbil
Escala de unificacin fuerte-electrodbil Escala de Planck Energa
(gigaelectronvoltios)
Diapositiva 17
Antonio Prez Vicente Interacciones y partculas17 PARTCULAS
RESPONSABLES DE INTERACCIONES PARTCULAS CONSTITUYENTES DE LA
MATERIA Tambin se pueden clasificar en:
Diapositiva 18
Antonio Prez Vicente Interacciones y partculas18 PARTCULAS
CONSTITUYENTES DE LA MATERIA
Diapositiva 19
Antonio Prez Vicente Interacciones y partculas19 LEPTONES De
leptos (dbil) Se identifican con el nombre de SABORES (flavor) Estn
sometidos a la interaccin dbil. Hay tres familias, cada una con dos
miembros: Electrn y neutrino Mun y neutrino Taun y neutrino Son
fermiones (spin 1/2) Pueden ser levgiros o dextrgiros
Diapositiva 20
Antonio Prez Vicente Interacciones y partculas20 QUARKS Color:
propiedad intrnseca que toma tres valores (Rojo, Verde, Azul) Estn
sometidos a la interaccin fuerte (color) Existen estados levgiros y
dextrgiros Son fermiones (spin 1/2) Existen tres familias que se
identifican con tres sabores No existen aislados, slo en combinados
de dos o tres quarks llamados HADRONES. (Confinamiento) three
quarks for mister Mark James Joice
Diapositiva 21
Antonio Prez Vicente Interacciones y partculas21 Existen tambin
las antipartculas de todas las anteriores: antiquarks y
antileptones. La materia que conocemos parece estar formada por la
primera familia de leptones y quarks Existen combinaciones de
quarks llamadas hadrones
Diapositiva 22
Antonio Prez Vicente Interacciones y partculas22 HADRONES No
son elementales. Estan formados por combinaciones de alguno de los
seis quarks (u, d, c, s, b y t). De hadros, fuerte. Bariones -
pesados (protn, neutrn,etc) formados por tres quarks Protn Neutrn
Mesones - medianos (piones, etc) formados por una pareja
quark-antiquark Pin
Diapositiva 23
Antonio Prez Vicente Interacciones y partculas23 BARIONES Son
FERMIONES (siguen la estadstica Fermi-Dirac), con un nmero de spn
semientero. Estn formados por tres quarks Sus cargas pueden ser -1,
0 y +1 Hay aproximadamente 120 tipos de bariones.
Diapositiva 24
Antonio Prez Vicente Interacciones y partculas24 MESONES Son
BOSONES (siguen la estadstica Bose-Einstein), con un nmero de spn 0
o 1. Estn formados por un quark y un antiquark. Sus cargas pueden
ser -1, 0 y +1 Se han descubierto alrededor de 140 tipos de
mesones.
Diapositiva 25
Antonio Prez Vicente Interacciones y partculas25 PARTCULAS
RESPONSABLES DE INTERACCIONES
Diapositiva 26
Antonio Prez Vicente Interacciones y partculas26 La masa de la
partcula mediadora determina el alcance de la interaccin:
Electromagntica: Fotn (masa cero), alcance infinito Fuerte: Gluones
(masa cero), alcance finito (10 -16 m) debido a la autointeraccin
del color. Dbil: W +, W -, Z 0 (alrededor de 90 GeV/c 2 ), alcance
10 -17 m. Gravitatoria: gravitn? (masa cero), alcance infinito
BOSONES spin = 1
Diapositiva 27
Antonio Prez Vicente Interacciones y partculas27 INTERACCIONES,
PORTADORES Y PARTCULAS FUNDAMENTALES
Diapositiva 28
Antonio Prez Vicente Interacciones y partculas28 Algunos
ejemplos
Diapositiva 29
Antonio Prez Vicente Interacciones y partculas29 La interaccin
materia-antimateria genera una gran cantidad de energa El proceso
se explica por una interaccin electrodbil COLISIN
ELECTRN-POSITRN
Diapositiva 30
Antonio Prez Vicente Interacciones y partculas30 DESINTEGRACIN
En el decaimiento del neutrn para formar un protn se pone de
manifiesto la interaccin dbil: se transforma un quark d en uno u va
un bosn virtual
Diapositiva 31
Antonio Prez Vicente Interacciones y partculas31 INTERACCIN
DBIL Los bosones W actan como mediadores en las interacciones
dbiles; se intercambian los quarks dando lugar a otras partculas ms
frecuente poco frecuente muy poco frecuente
Diapositiva 32
Antonio Prez Vicente Interacciones y partculas32 INTERACCIN
FUERTE Los quarks tambin sufren la interaccin fuerte, actuando como
mediador el glun
Diapositiva 33
Antonio Prez Vicente Interacciones y partculas33 ANIQUILACIN
QUARK-ANTIQUARK
Diapositiva 34
Antonio Prez Vicente Interacciones y partculas34 COLISIONES DE
PROTONES DE ALTA ENERGA A partir de los protones se obtienen otras
partculas constituyentes de la materia
Diapositiva 35
Antonio Prez Vicente Interacciones y partculas35 CAMPO DE HIGGS
El campo de Higgs (boson de Higgs) es el responsable de la masa de
las partculas.
Diapositiva 36
Antonio Prez Vicente Interacciones y partculas36 INTERACCIONES
FUNDAMENTALES
Diapositiva 37
Antonio Prez Vicente Interacciones y partculas37
Diapositiva 38
Antonio Prez Vicente Interacciones y partculas38 Un poco de
historia 1926Erwin Schrdinger desarroll la mecnica ondulatoria, Max
Born di una interpretacin probabilstica a la mecnica cuntica. G.N.
Lewis propuso el nombre de "fotn" para el cuanto de luz. 1927Werner
Heisenberg formul el principio de incertidumbre 1928Paul Dirac
combin la mecnica cuntica y la relatividad especial para describir
al electrn. Principios de la Teora cuntica de campos. 1934Enrico
Fermi desarroll una teora del decaimiento beta, que introdujo las
interacciones dbiles. sta es la primera teora que usa explcitamente
los neutrinos y los cambios de sabor de las partculas. 1934Hideki
Yukawa combin la relatividad y la teora cuntica, para describir las
interacciones nucleares sobre la base del intercambio, entre
protones y neutrones, de nuevas partculas (mesones llamados
"piones"). Premio Nobel en 1949. 1950C.N. Yang y Robert Mills
desarrollan un nuevo tipo de teora, llamada "teoras de calibre (o
de Gauge)." 1954Tomonaga, Schwinger y Feynman desarrollan la
Electrodinmica cuntica (QED). Renormalizacin (redefinicin de la
masa y la carga del electrn). Premio Nobel en 1965. 1964Murray
Gell-Mann y George Zweig introdujeron la idea tentativa de los
quarks 1967Sheldon Glashow, Abdus Salam y Steven Weinberg unifican
las interacciones dbil y electromagntica en la teora electrodbil.
Premio Nobel en 1979. 1967Campo de Higgs. Interrupcin espontnea de
la simetra. 1971Yoichiro Nambu Cromodinmica cuntica (QCD)
1975Martinus Veltman y Gerardus T Hooft desarrollan la teora
unificada de fuerzas electrodbil y fuerte (Modelo estandar). Premio
Nobel en 1999. 1976-Teoras de supercuerdas
Diapositiva 39
Antonio Prez Vicente Interacciones y partculas39 MECNICA
CUNTICA TEORA DE LA RELATIVIDAD ESPECIAL (TRR) INTERACCIONES
DESCRITAS MEDIANTE CAMPOS TEORA CUNTICA DE CAMPOS TEORA DE LA
RELATIVIDAD GENERAL (TRG) TEORA CUNTICA DE LA GRAVEDAD? QED QCD
TEORA DE CAMPO UNIFICADO
Diapositiva 40
Antonio Prez Vicente Interacciones y partculas40 TEORA CUNTICA
DE CAMPOS Desarrollada por Paul Dirac. La interaccin se describe
por el intercambio de cuantos de fuerza. Intensidad : proporcional
al n de cuantos de fuerza virtuales Alcance: funcin de la energa (a
mayor energa menor tiempo y menor alcance) t= h/2 La autonoma ser:
r = /2 F r
Diapositiva 41
Antonio Prez Vicente Interacciones y partculas41 POLARIZACIN
DEL VACO Q+ carga virtual q+ carga virtual q- La carga real est
distorsionada por una nube de cargas que la rodean Principio de
incertidumbre de Heisenberg: t= h Las partculas pueden coger energa
del vaco en un intervalo de tiempo muy pequeo Son partculas
virtuales, sin masa, que se desplazan a la velocidad de la luz
Diapositiva 42
Antonio Prez Vicente Interacciones y partculas42
Carga-distancia Distancia Carga CARGA BRUTA CARGA NETA La QED
(Electrodinmica cuntica) concibe las cargas elctricas como
surtidores de fotones virtuales. Los ms energticos sucumben
enseguida al principio de incertidumbre ( t= h/2 ) y restringen su
accin a las proximidades de la carga. La carga no es constante,
depende de la distancia, debido a la polarizacin del vaco
Diapositiva 43
Antonio Prez Vicente Interacciones y partculas43 FUERZA
ELECTRODBIL- FUERZA DE SABOR Las fuerzas electromagntica y dbil son
dos manifestaciones de una sola fuerza, la Fuerza electrodbil.
Leptones y quarks intercambian fotones ( ) y bosones (W y Z)
manteniendo el sabor La simetra que se mantiene es la carga y el
spn isotpico Fotn virtual
Diapositiva 44
Antonio Prez Vicente Interacciones y partculas44 FUERZA NUCLEAR
FUERTE- FUERZA DE COLOR BARIONES ANTIBARIONES Cada quark puede
presentarse en tres colores. Para formar un barin los quarks deben
ser de tres colores diferentes Los antibariones estn formados por
antiquarks, combinando los tres colores complementarios
Diapositiva 45
Antonio Prez Vicente Interacciones y partculas45 FUERZA NUCLEAR
FUERTE- FUERZA DE COLOR MESONES Los mesones estn formados por un
quark y un antiquark: se combina un color con su
complementario
Diapositiva 46
Antonio Prez Vicente Interacciones y partculas46 La
cromodinmica cuntica (QCD) explica la interaccin fuerte en funcin
de la carga de color y de las interacciones que se producen entre
los distintos colores de los quarks. La simetra que debe mantenerse
es el color. SIMETRA DE COLOR A nivel local esta simetra exige 8
bosones intermedios, llamados gluones que tambin tienen carga de
color.
Diapositiva 47
Antonio Prez Vicente Interacciones y partculas47 SIMETRA DE
COLOR GLUONES: Partculas mediadoras responsables de que se mantenga
el color neutro del hadrn N1 N2 N1 En las interacciones se conserva
la simetra de color: color neutro del barin (tres colores) y del
mesn (color-anticolor) qqqqqq BARION gluones qqqq MESN gluones
Diapositiva 48
Antonio Prez Vicente Interacciones y partculas48 La interaccin
fuerte es la responsable del confinamiento de los quarks La fuerza
nuclear fuerte (entre nucleones) es un residuo de la fuerza fuerte
FUERZA NUCLEAR FUERTE
Diapositiva 49
Antonio Prez Vicente Interacciones y partculas49 Es posible
integrar en una teora todas las interacciones?
Diapositiva 50
Antonio Prez Vicente Interacciones y partculas50 MECNICA
CUNTICA TEORA DE LA RELATIVIDAD ESPECIAL (TRR) FUERZA NUCLEAR DBIL
(FUERZA DE SABOR) CROMODINMICA CUNTICA SU(3) FUERZA NUCLEAR FUERTE
(FUERZA DE COLOR) ELECTRODINMICA CUNTICA U(1) FUERZA
ELECTROMAGNTICA SUPERSIMETRA SUPERGRAVEDAD FUERZA GRAVITATORIA
TEORA ELECTRODBIL SU(2) x U(1) TEORA M TEORAS DE ESTIMACIN SIMETRAS
GAUGE TEORA CUNTICA DE CAMPOS GTUS MODELO ESTNDAR SU(3) x SU(2) x
U(1) TEORA DE SUPERCUERDAS E8 x E8 TEORA DE KALUZA-KLEIN TEORA DE
LA RELATIVIDAD GENERAL (TRG)
Diapositiva 51
Antonio Prez Vicente Interacciones y partculas51 Cromodinmica
cuntica (QCD) teora del color o de la Fuerza nuclear fuerte grupo
de simetra SU(3) MODELO ESTNDAR Electrodinmica cuntica (QED) teora
del saboro de la Fuerza electrodbil grupo de simetra SU(2) X U(1) +
=
Diapositiva 52
Antonio Prez Vicente Interacciones y partculas52 MODELO
ESTNDAR
Diapositiva 53
Antonio Prez Vicente Interacciones y partculas53 PARTCULAS DEL
MODELO ESTNDAR Fermiones tres generaciones de quarks y
leptones
Diapositiva 54
Antonio Prez Vicente Interacciones y partculas54 Bosones
partculas mediadoras de la fuerza nuclear fuerte (gluones, g) y de
la fuerza electrodbil ( , W +, W - y Z o )
Diapositiva 55
Antonio Prez Vicente Interacciones y partculas55 Partculas (o
campos) Higgs: crean la masa de los otros campos
Diapositiva 56
Antonio Prez Vicente Interacciones y partculas56 MS ALLA DEL
MODELO ESTNDAR
Diapositiva 57
Antonio Prez Vicente Interacciones y partculas57 MODELOS
TECNICOLOR NUEVAS INTERACCIONES Y NUEVAS PARTCULAS
Diapositiva 58
Antonio Prez Vicente Interacciones y partculas58 SUPERSIMETRA
SPARTCULAS: RELACIN ENTRE BOSONES Y FERMIONES MATERIA OSCURA?
Diapositiva 59
Antonio Prez Vicente Interacciones y partculas59 SUPERCUERDAS
DESCRIPCIN DE LAS PARTCULAS COMO CUERDAS
Diapositiva 60
Antonio Prez Vicente Interacciones y partculas60 TEORA M Y
SUPERCUERDAS
Diapositiva 61
Antonio Prez Vicente Interacciones y partculas61
Diapositiva 62
Antonio Prez Vicente Interacciones y partculas62 Al cabo de 10
13 segundos del origen del Universo se forman los tomos y la
materia se separa de la radiacin. Big Bang
Diapositiva 63
Antonio Prez Vicente Interacciones y partculas63 EL UNIVERSO EN
LA ESCALA TIEMPO-TEMPERATURA-MASA Grfico extrado del trabajo El
lugar de los especialistas en la fsica, J. Julve, publicado en la
Revista Espaola de fsica.
Diapositiva 64
Antonio Prez Vicente Interacciones y partculas64 UNIFICACIN DE
INTERACCIONES EN LA ESCALA DEL UNIVERSO Extrado de la pgina:
http://pvanhove.home.cern.ch/pvanhove/PopularScience/ScientificAmerican/Green/superstrings.html
http://pvanhove.home.cern.ch/pvanhove/PopularScience/ScientificAmerican/Green/superstrings.html
Diapositiva 65
Antonio Prez Vicente Interacciones y partculas65 La temperatura
y la edad del universo La materia y las interacciones surgen a lo
largo del tiempo
Diapositiva 66
Antonio Prez Vicente Interacciones y partculas66 Pulsa en la
imagen si quieres repasar lo que has visto hasta ahora Cuando
termines, cierra el navegador para volver a esta pgina
Diapositiva 67
Antonio Prez Vicente Interacciones y partculas67 Si quieres
saber ms sobre partculas e interacciones pulsa en la imagen Volver
al principal
