Fotón: Isaac Newton propuso que la luz estaba compuesta por corpúsculos de energía, esta teoría fue altamente aceptada debido en parte al gran prestigio de este connotado científico. Ya a inicios del siglo XX esta propuesta fue puesta de lado, debido a los resultados de los experimentos y sus consecuentes teorías, sobre el efecto fotoeléctrico propuestas por Albert Einstein.
Este propuso que un rayo de luz consiste en pequeños paquetes de energía llamados fotones o cuantos.
Sear, et.al (2005), añade que “la radiación electromagnética, junto con su naturaleza ondulatoria, tiene propiedades que se asemejan a las de las partículas. En especial, la energía de una onda electromagnética, siempre se emite y se absorbe en forma de paquetes llamados fotones o cuantos, cuya energía es proporcional a la frecuencia de la radiación.”
Este propuso que un rayo de luz consiste en pequeños paquetes de energía llamados fotones o cuantos.
Sear, et.al (2005), añade que “la radiación electromagnética, junto con su naturaleza ondulatoria, tiene propiedades que se asemejan a las de las partículas. En especial, la energía de una onda electromagnética, siempre se emite y se absorbe en forma de paquetes llamados fotones o cuantos, cuya energía es proporcional a la frecuencia de la radiación.”
Electrón: La materia se compone de átomos y los átomos se constituyen de componentes cargados eléctricamente, electrones negativos ligeros y nucleídos positivos. Alrededor del núcleo de un átomo están los electrones. Según Sears, et.al. (2005) estos son retenidos dentro del átomo por las fuerzas eléctricas de atracción, denominada fuerza nuclear fuerte, que vence la repulsión eléctrica de los protones.
Fuente: A look inside the atom, (2012)
Se puede escuchar a Thomson hablando sobre el electrón en la siguiente dirección
Protón: En el siglo XIX se conocía que los átomos son eléctricamente neutros y después del descubrimiento del electrón se supuso que debería de haber otra partícula de carga contraría. Este razonamiento llevo a los científicos a proponer la existencia de otras partículas a las que llamaron protones, esto llevo a la proposición del modelo atómico de Thomson conocido como “budín de pasas”, por su semejanza con este postre (Martínez, E. (s.f))
Neutrón: Daub, W., Seese, W. (1996) afirman que “fue descrito por primera vez en 1932 por el físico ingles Sir James Chadwik”. “el neutrón no tiene carga y la masa de un solo neutrón es de aproximadamente un uma muy semejante a la del protón.
Tabla 3. Resumen de las partículas subatómicas primeramente descritas.
Partícula (abrev.)
|
Masa aproximada (umas)
|
Carga relativa
|
Electrón (e-)
|
Insignificante
|
-1
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Protón (p o p+)
|
1
|
+1
|
Neutrón (n o n0)
|
1
|
0
|
Fuente: Daub, et.al. (1996)
Interacción Fuerte: La interacción fuerte es la interacción de los hadrones responsables de la dispersión de las partículas fundamentales, de sus reacciones de formación y la desintegración de sus resonancias. (Levich (2003) pp.600)
Interacción Fuerte Residual y Fundamental: Si tomamos lo dicho por Tipler, Mosca (2010) consideremos que la interacción fuerte se manifiesta a dos niveles, el fundamental o interacción de color y lo que se denomina interacción fuerte residual. La interacción fundamental es responsable de la fuerza ejercida por un quark sobre otro y está mediada por los gluones. La interacción fuerte residual es la responsable de la fuerza de atracción entre nucleones de color neutro, tales como el neutrón y el protón (p. 1405).
Interacción electrodébil: Es la responsable del decaimiento beta. También es responsable del decaimiento de muchas partículas inestables (iones en muones, muones en electrones, etc.). Sus partículas mediadoras son los bosones Z0, W+, W-. En 1983 se confirmo su existencia en el CERN, por lo que Carlo Rubbia y Simon van der Meer obtuvieron el Premio Nobel en 1984, el Nobel más rápido de la historia. Las W± y Z0 tienen spin 1, como el fotón y el gluon, pero si tienen masa, de hecho son muy masivos, de ahí su corto alcance, del orden de 109 con respecto a la interacción fuerte (Sears, 2005).
Fermión: Parte en la cual se dividen las partículas subatómicas, se caracteriza por poseer un spin semientero y cumplir con el principio de exclusión de Pauli. Están constituidos por los bariones y leptones.
Bosón: Parte en la cuál se dividen las partículas subatómicas, se caracterizan por poseer un spin entero y no cumplen con el principio de exclusión de Pauli. Están constituidos por los mesones.
Interacción Fuerte: La interacción fuerte es la interacción de los hadrones responsables de la dispersión de las partículas fundamentales, de sus reacciones de formación y la desintegración de sus resonancias. (Levich (2003) pp.600)
Interacción Fuerte Residual y Fundamental: Si tomamos lo dicho por Tipler, Mosca (2010) consideremos que la interacción fuerte se manifiesta a dos niveles, el fundamental o interacción de color y lo que se denomina interacción fuerte residual. La interacción fundamental es responsable de la fuerza ejercida por un quark sobre otro y está mediada por los gluones. La interacción fuerte residual es la responsable de la fuerza de atracción entre nucleones de color neutro, tales como el neutrón y el protón (p. 1405).
Interacción electrodébil: Es la responsable del decaimiento beta. También es responsable del decaimiento de muchas partículas inestables (iones en muones, muones en electrones, etc.). Sus partículas mediadoras son los bosones Z0, W+, W-. En 1983 se confirmo su existencia en el CERN, por lo que Carlo Rubbia y Simon van der Meer obtuvieron el Premio Nobel en 1984, el Nobel más rápido de la historia. Las W± y Z0 tienen spin 1, como el fotón y el gluon, pero si tienen masa, de hecho son muy masivos, de ahí su corto alcance, del orden de 109 con respecto a la interacción fuerte (Sears, 2005).
Fermión: Parte en la cual se dividen las partículas subatómicas, se caracteriza por poseer un spin semientero y cumplir con el principio de exclusión de Pauli. Están constituidos por los bariones y leptones.
Bosón: Parte en la cuál se dividen las partículas subatómicas, se caracterizan por poseer un spin entero y no cumplen con el principio de exclusión de Pauli. Están constituidos por los mesones.
Leptones: Son partículas subatómicas que no tienen interacción fuerte. Todos ellos tienen semientero por lo que son fermiones. Comprenden seis partículas el electrón (e-) y su neutrino (νe-), el muon (μ) y su neutrino (νμ), y el tau (τ) y su neutrino (ντ). A demás constituyen las partículas que participan en la interacción débil.
Hadrones: Son partículas subatómicas que interaccionan fuertemente. Se han descubierto cientos de hadrones y constituyen una familia más compleja que los hadrones. Están constituidos por quarks. Hay dos subclases de hadrones los mesones y los bariones.
En la imagen 4 vemos un ejemplo de desintegración de hadrones.
Imagen 4. Esquema de desintegración de tres hadrones y la relación con la energía requerida.
Fuente: Panda-Collaboration (2012)
Mesones: Tienen spin 0 o 1, por lo que son bosones. No hay mesones estables; todos pueden decaer en partículas menos masivas, y lo hacen, obedeciendo en esos decaimientos todas las leyes de conservación.
Bariones: Incluyen los nucleones y varias partículas llamadas hiperones. Éstas se asemejan a los nucleones, pero son más masivas. Los bariones tienen spin semientero, y en consecuencia todos son fermiones. El único barión estable es el protón; un neutrón libre decae en un protón, y los hiperones decaen en otros hiperones o en nucleones. (Sears, 2005)
Quarks: Constituyen los bloques de los que están formados los hadrones. Son fermiones de spin semientero -½. Cada barión esta formado por tres quarks (qqq) y cada antibarión por tres antiquarks, a demás cada mesón por un par quark-antiquark. Según este esquema los quarks poseen carga eléctrica de magnitudes ⅓ y ⅔ con respecto al electrón. (Sears, 2005)
Gluon: Posee spin 1 por lo que es un bosón y es el portador de la interacción nuclear fuerte. No posee masa, ni carga eléctrica, aunque si color. Los quarks cambian de color cuando se intercambian gluones, de tal forma que la carga de color total del sistema formado por el quark y el gluon, antes y después de la emisión o absorción es la misma.
“Sabor”: En 1964 se postulo que existían tres tipos de quarks u (arriba, up), d (abajo, down) y s (extraño-strange) a esta característica se le llamo sabor. Estos constituían la totalidad de esta familia ya que a partir de ellos se pueden formar los protones, los neutrones, los mesones π y K, y varios hiperones. Posteriormente se descubrieron tres más, t (cima, top), c (encanto, charm) y t (tapa), este último se descubrió hasta 1995. (Sears, 2005)
Color: Los quarks, que tienen spin 1/2, son fermiones, y como tales están sujetos al principio de exclusión. Por lo cual parece que un barión tenga dos o tres quarks con el mismo sabor y el mismo componente de spin. Para evitar esta dificultad se supone que cada quark viene en tres tipos diferentes llamados color, frecuentemente se les relaciona como rojo, verde y azul, como los tres colores primarios. (Sears, 2005)
Aceleradores y colisionadores de partículas:
Antes los físicos usaban partículas alfa y beta, provenientes de fuentes naturales, pero hoy en día se utilizan instrumentos que pasaron de los originales MeV a TeV de energía. Estos tienen tres usos principales, primero, las partículas de alta energía pueden chocar para producir nuevas partículas, así como el choque de un electrón con un postrón puede producir fotones. En segundo lugar, una partícula de alta energía tiene una longitud de onda de De Broglie corta, por lo que puede explorar la estructura interna, de pequeña escala, de otras partículas, como los microscopios electrónicos., pueden alcanzar mejor resolución que los microscopios ópticos. En tercer lugar, se pueden usar para producir reacciones nucleares para aplicaciones científicas o médicas. (Sears, 2005)
Hoy el más famoso y grande se encuentra en suiza, se trata del gran colisionador de hadrones (LHC), se encuentra en unas instalaciones de más de 27 km de circunferencia. Se encuentra administrado por el CERN, centro europeo para la investigación nuclear. En estos días ha acaparado mucho la atención de los medios por el posible descubrimiento del bosón de Higgs.
Se pueden observar una serie de imágenes (5,6 y 7) a continuación que ilustran estos sistemas de detección.
Imagen 5. Choque bosón-bosón similar a la utilizada en la detección del bosón de Higgs. Fuente: Abc.es (2012)
Fuente: Megaconstrucciones (2012)
Fuentes: Megaconstrucciones (2012)
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