Física de Parículas - Un mundo infinito

Narayan-Sama

(Obviad la errata de la "t" )
Buenas tardes MediaVida.

Me he decidido a abrir un nuevo thread, esta vez para explicar un poco más detenidamente la Física de Partículas y hablar de los distintos elemento que componen la materia.

Debo decir que todo lo que sigue a continuacón son recopilatorios sacados de internet.


Como siempre empezaremos un una beve introducción histórica.

El interés por descubrir la constitución interna de la materia se remonta a los filósofos griegos. De entre ellos, los primeros que creyeron en una organización interna fueron Leucipo y Demócrito, que postularon una estructura basada en la existencia de átomos ("sin partes" en griego). La hipótesis de de estos filósofos se abandonó hasta que a principios del siglo XIX fue recuperada por John Dalton, con el establecimiento de su teoría atómica. En ella Dalton postulaba que la materia estaba formada por partículas pequeñas denominadas átomos, que éstas eran indivisibles e indestructibles, que todos los átomos de un elemento eran iguales entre sí y diferentes de los átomos de los demás elementos y que los átomos se unían entre sí para formar compuestos químicos.

Con el desarrollo de la electricidad en el siglo XIX se vio que era imposible admitir que los átomos fuesen las partículas últimas de la materia.

Antes de adentrarnos en la partículas deberíamos tener claras varias cosas y una de ellas son las magnitudes. Tomando como ejemplos las distancias las diferentes órdenes de magnitud en que se puede desglosar el estudio de las diferentes partes de la naturaleza son las siguentes:

1026m Universo conocido
1021m Galaxia (vía láctea)
1018m Distancia sol a -centauri
1012m Distancia neptuno a la Tierra
106m Diámetro de la tierra
100m Escala humana
10?6m Células
10?10m Átomo
10?15m Núcleo y partículas elementales
10?35m Distancia de Planck

Bien teniendo eso podemos seguir adeante.

Clasificación de las partículas subatómicas

Actualmente hay dos criterios básicos para la clasificación de partículas subatómicas: según el valor de su

spin

y según su estructura.

Clasificación según el valor de su spin
Clasificación según su estructura interna

Tras lo que acabamos de ver, los hadrones no se pueden considerar partículas elementales, ya que tienen una estructura interna y pueden desintegrarse convirtiéndose en otras partículas. Ahora surge la pregunta: ¿de qué están compuestos los hadrones?

En 1964 Murray Gell-Mann y Georges Zweig propusieron una teoría para explicar la constitución interna de los hadrones: la teoría de los quarks. Según esta teoría los hadrones están compuestos de otras partículas elementales, que denominaron quarks (al parecer por influencia de un párrafo de la de James Joyce , Finnegan's Walk).

Los quarks propuestos presentan propiedades peculiares; en espacial, con relación a la carga del protón, tienen carga fraccionaria. Además, retomando la simetría partícula/antipartícula se encontró que a cada quark le correspondía su antiquark.

Inicialmente Gell-Mann y Zweig propusieron un modelo de tres quark y sus correspondientes antipartículas, pero posteriormente se ha ampliado a seis quarks y seis antiquarks. Cada tipo de quark se denomina sabor. Hay pues seis "sabores" de quarks. Toda partícula conocida se podía describir como una combianción de quarks y antiquarks. La tabla siguiente presenta las características más importantes de los quarks.

Los quarks están fuertemente ligados entre sí y confinados dentro de los hadrones y no se han logrado aislar, aunque si se han detectado indicios de su existencia mediante aceleradores de partículas de muy alta energía.

Hay pues doce partículas elementales constituyentes de la materia: seis leptones y seis quarks. Además existen sus correspondientes antipartículas, con lo que en total tendríamos veinticuatro. Todos los hadrones son combinaciones de quarks. Los mesones estarían formados por un quark y un antiquark, mientras que los bariones están formados por la combinación de tres quarks.

En la materia ordinaria sólo hay cuatro partículas: dos leptones (el electrón y el neutrino electrónico) y dos quarks (u y d). Las demás partículas sólo se observan en la radiación cósmica que alcanza la Tierra o en un laboratorio de alta energía.

Los quarks tienen además otras propiedades interesantes, aunque de muy difícil explicación y a las que se les ha denominado con nombre tan originales como belleza, color, encanto. Así la propiedad color tiene que ver con la fuerza que mantiene unidos a los nucleones. Hay tres variedades de color de quarks, rojo verde y azul. Cuando tres quarks se combinan para formar un barión, cada uno de ellos debe tener un color diferente para que los tres nos dé el color blanco. Evidentemente esto no tiene nada que ver con los colores naturales, y se ha denominado así metafóricamente; lo que significa es que la combinación de esa propiedad de los quarks debe ser nula.

Tras esa pequeña introducción a las particuas y su explicación nos adentraremos en la explicación de las interacciones fundamentales en la naturaleza.

Todos los fenómenos que se producen en el Universo se deben a las interacciones entre las partículas que lo componen.

En la actualidad, todas las fuerzas o interacciones de la naturaleza se pueden agrupar en cuatro tipos básicos, denominados interacciones fundamentales:

Interacción gravitatoria. Se da entre todas las partículas y se describe mediante la teoría de la relatividad general de A. Einstein o más fácilmente mediante la ley de gravitación universal de Isaac Newton. Gracias a ella se pueden explicar fenómenos como la caída de los cuerpos o el movimiento de los planetas, satélites, estrellas, cometas, etc. Su alcance es infinito y actúa a grandes distancias. Es la interacción más débil de todas, pero es la responsable de la estructura general del Universo. Es inversamente proporcional al cuadrado de la distancia entre las partículas y es conservativa.

Interacción electromagnética. La interacción electromagnética afecta a las partículas con carga eléctrica o con momento magnético, así como a los fotones. Su descripción se hace a partir de las leyes de Maxwell y su alcance es infinito. Gracias a ella se pueden explicar fenómenos tan diversos como los eléctricos, los magnéticos, la interacción entre la luz y la materia, las ondas electromagnéticas , las fuerzas elásticas que se dan en un muelle, la estructura interna de la materia a escala atómica y molecular, así como la química. Es una interacción inversamente proporcional al cuadrado de la distancia entre las partículas y es conservativa.


La interacción electromagnética explica la estructura cristalina

Interacción nuclear débil. La interacción nuclear débil se produce entre partículas leptónicas o hadrónicas. Explica algunos procesos nucleares, como la desintegración b de los núcleos, en la que un neutrón se transforma en un protón y un electrón, generándose también un antineutrino electrónico. También explica las transformaciones entre leptones, como la desintegración del tauón. Su intensidad es mucho mayor que la fuerza gravitatoria, pero es menor que la fuerza electromagnética. También se denomina interacción débil.

Interacción nuclear fuerte. La interacción nuclear fuerte afecta a los quarks, y por tanto, a los hadrones. Es la más intensa de las cuatro y se denomina también interacción fuerte o interacción hadrónica. Su alcance es muy corto, reduciéndose prácticamente a cero para distancias superiores a 10-15 m, por lo que no tiene influencia en la Química, por ejemplo. Gracias a esta interacción se puede explicar la estabilidad nuclear y muchos procesos nucleares.

Ahora toca hablar de las Interraciones y las particulas en concreto.

Cuando se aplican los principios de la Física cuántica al estudio de las partículas subatómicas se explica la interacción entre dos partículas por el intercambio de una tercera, que recibe el nombre de partícula de campo o bosones gauge. Es esta partícula la que origina la fuerza o interacción entre las dos partículas materiales. Esta idea de transmisión de la fuerza mediante una partícula inermedia se debe a Hideki Yukawa, que en 1934 propuso la existencia de una partícula, el mesón p o pión, para describir la interacción entre los nucleones. Según esta hipótesis, cada nucleón está emitiendo y reabsorbiendo continuamente piones virtuales, los cuales lo rodean como un enjambre. Cuando están cerca, dos nucleones intercambian un pión. La transferencia de momento lineal produce un efecto de fuerza.

Los nucleones emisores no pierden masa, luego a los piones virtuales sólo se les permite su breve existencia por el principio de incertidumbre. Para crear "piones reales", la masa que se pierde se debe suministrar por la energía de un choque.

Actualmente se denominan gluones a las partículas intermedias responsables de la interacción fuerte. En el siguiente esquema se muestra como un quark u rojo se convierte en un quark u azul y viceversa, mediante un gluón intermedio; mediante este proceso se explica la interacción fuerte.

Se cree que todas las fuerzas fundamentales son transportadas por partículas de intercambio. El fotón es la partícula intermediaria de las fuerzas electromagnéticas; la fuerza entre dos partículas cargadas se produce por intercambio de fotones entre ellas. Así, los electrones se repelen unos a otros intercambiando fotones virtuales. Este proceso se puede representar utilizando un diagrama de Feynman, como el siguiente. Para que existan fotones "reales" se debe suministrar energía.

En el caso de la interacción débil las partículas intermediarias son los denominados bosones vectoriales W-, W+ y Z0, detectados por primera vez en el CERN, por Carlo Rubbia y Simon Van der Meer en 1983. El esquema siguiente representa una desintegración b: un quark d se transforma en un quark u, emitiendo un bosón vectorial W-, el cual se desintegra en un par electrón y antineutrino (para conservar el número leptónico).

En el caso de la atracción gravitatoria la partícula mediadora sería el gravitón, pero no existen evidencias concluyentes de su existencia y su existencia sólo es una hipótesis de trabajo.

ANEXO

Aclaraciones sobre el post en #6

Y eso es por hoy xD. Lamento muchisimo no poder meter toda la info, pero es que es tan extensa. Solo espero haber tocado la fibra cuántica de algunos de vosotros e indagueis en ese mundo.

Otra vez espero haberlo hecho bien.

P.D.:Cualquier error o errata avisadme, que me tengo que poner a estudiar xD.

21
Panch

Denso contenido, pero siempre interesante, luego le echare un vistazo mas detenidamente...

Kreidmar

Es lo que tienen las parículas, que son muy entretenidas :D

2
ToTuS

Me quede en "Parículas"

4
Narayan-Sama

#3 Maldita "t"!!! xD

mTh

Plas plas.

No veo así nada que me salte a la vista que pueda estar mal. Un par de aclaraciones que hacer:

-Los muones se representan con la letra griega mu, y los piones con pi (como el número pi). Me supongo que el creador de la tabla no tenía simbolos disponibles xDDD. EDIT: Y los neutrinos son nu.

-Los quarks por definición, no pueden ser libres, al menos dentro del modelo standard. Quiero aclararlo por lo de "no se han logrado aislar"... es que si se lograran aislar QCD estaría mal. El confinamiento de QCD implica que las partículas con color no son observables.

-Creo que hay un poco de confusión en el post con fuerza nuclear y hadrones y eso... (Por ejemplo en la tabla final pones que los hadrones interaccionan por medio de gluones).

La fuerza nuclear fuerte, a nivel fundamental y en igualdad con el resto de fuerzas en el modelo standard es la interacción entre quarks y gluones.

Los hadrones estan conformados por quarks (y gluones), e interaccionan entre sí con lo que se llama fuerza fuerte "residual" o de baja energía por medio del intercambio de piones y otros mesiones virtuales (rho por ejemplo)...

Esta interacción no esta bien definida a nivel fundamental (porque no lo es) y se trata a partir de teorías efectivas y modelos, no es una interacción fundamental.

Si veo algo más, lo voy poniendo :).

Otra vez, de nuevo, plas plas.

EDIT2: Aunque este es para nota, pero bueno, para que lo sepas xD. Los neutrinos segun el modelo standard, a pelo, no tienen masa, pero ya se sabe, debido a oscilaciones, que la tienen que tener. Muy pequeña (No me se los números de memoria, pero los límites deben de andar por unos pocos eV's) pero la tienen.

Se han medido solo diferencias de masa entre ellos, no masas, aún.

Para vuestra tranquilidad, es posible extender el modelo standard sin necesidad de cargárselo del todo incluyendo la masa de los neutrinos de varias maneras.

3
woq3r

threats así dan gusto ^^
PD: +1

Narayan-Sama

#6 Gracias por las aclaraciones xDDD Me alegro que os guste.

mTh tu eres físico???

Netzach

Si en offtopic hubiera moderadores esto estaría destacado.

mTh

#8

Sí.

Además, justo de esto xDDDDDDD.

Narayan-Sama

#10 Vaya. Que envidia xDDD Siempre me gustó la física, pero por A o por B me metí en la informática, tiene que ser genial trabajar en ello y estar rodeado de gente con la que puedes hablar y discutir sobre el tema. Yo soy un amateur...

#12 Jajajaja...

Netzach

#11 Por su avatar deduzco que estaría más que contento de hablar contigo.

Joder, me siento como cupido.

cabron

A mi lo que me raya siempre al leer sobre este tema, es que cuando eres lego en la materia nunca sabes si lo que estás leyendo es algo probado experimentalmente o es solo una suposición que parece que cuadra así que la aceptan los físicos hasta que se demuestre o se inventen algo mejor.

_Zordon_

#1 Impresionante , muy currado y difícil de pillar . Buen post de ciencia. :)

woq3r

#13 sin demostración empírica una teoría física no puede ser aprobada. Tal es el caso de la teoría de cuerdas, que aún no se a demostrado ni q sea cierta ni q sea errónea. De hecho se cree q no es falsable (no se puede demostrar que sea falsa).

Hasta ahí no se mucho más del tema, qizás nuestros amigos los fisicos nos puedan echar un cable cn el tema ;)

Zerokkk

#1 Genial post de nuevo Narayan Sama, muy completo y explicativo. Te daría +1 pero los tengo agotados, a ver si mañana me acuerdo y te doy uno.

#11 Creo que voy a acabar exactamente igual que tú, amigo xD.

mTh

#15, #13

No se puede demostrar experimentalmente que nada es cierto o erroneo.

Solo se puede decir que las evidencias experimentales favorecen unas hipótesis frente a otras, o apoyan o no apoyan una teoría determinada. Lo que ocurre es que antes las evidencias eran mas intuitivas, más cercanas a los sentidos, y por lo tanto, era más facil asignar evidencias experimentales a "verdades absolutas". Ahora, en muchos campos, ya no se puede.

Todo en física son teorías que cuadran con los experimentos, hasta que las mejoras, las cambias, o encuentras algo mejor. No existen las certezas ni las demostraciones.

Respecto a este tema, en general, lo que es modelo standard, que es básicamente lo que cuenta #1, funciona bastante bien experimentalmente (minus Higgs, que sin Higgs se cae todo el modelo) con problemas gordos en algunos sectores, principalmente QCD y con preguntas sin resolver, sobre todo relacionadas con Higgs.

Fuera de eso, lo único "fuera" del modelo standard que se sabe que existe, experimentalmente hablando, son oscilaciones de neutrinos y por lo tanto masa, que requiren de cosas adicionales que aun estan desarrollandose.

Por encima de eso no hay evidencias experimentales de nada.

cabron

Evidentemente no voy a llevarte la contraria, pero no termino de entender como no puede haber certeza de algo, es decir, sobre la fuerza eléctrica, entiendo que se puede tener certeza de ciertas cosas, simplemente por que se pueden construir cosas basadas en esas ideas, y predecir su funcionamiento exacto. Sobre la fuerza nuclear igual, se puede hacer una central nuclear y saber exactamente lo que va a pasar, con lo cual lo que se piensa sobre la fuerza nuclear (al menos a ese nivel), ha de ser cierto por pelotas.

Siempre que leo algo sobre físca ya de muy bajo nivel, que esté escrito de forma que la gente que no somos físicos podamos enterarnos de algo, me queda una sensación de que están diciendo "bueno esto no sabemos muy bien como va, pero lo que he dicho no queda del todo mal", no sé si me explico.

T-1000

#1 acojonadatemente currado.

B

#1¿ Cuando se podrán editar los maldítos títulos? Está muy bien aunque la verdad aún no me he enterado de mucho xD

-

Según Nasimm Haramein que es un pibe científico, historiador y filósofo tiene una teoría unificada de la estructura del universo, La Gran Teoría Del Campo Unificado (Grand Unified Field Theory),, bueno aparte habla de más movidas, el youtube hay vídeos de él, conferencias etc
Y habla así de la naturaleza fractal y holográfica de nuestro universo y decía que dentro una particula habia otra y dentro de esta otra y otra y otra y otra y otra así hasta el infinito, osea que cada átomo tiene una conectividad infinita con todo lo demás (eso quiere decir que todo acontecimiento exterior está íntimamente ligado a lo que vivimos por dentro) que en vez de construir aparatos costosísimos y cada vez más grandes para descubrir partículas cada vez más pequeñas, lo que deberíamos hacer es comprender la mecánica de la división a través de la cual aparecen esas partículas cada vez más pequeñas, me explico de culo porque en estos temas voy algo pez pero son jodidamente interesantes

Zerokkk

#15 Tal y como dice mTh, una teoría física no tiene por qué estar probada al 100% para ser aprobada por la comunidad científica, ya que simple y llanamente no se puede probar del todo experimentalmente.

Ahora habría que meter el trollscience de Gravity is just a theory... xDDDDDDDDDDD

mTh

#18

Tu sensación, en mi opinión, viene de dos fenómenos:

-Por un lado, las observaciones ya no son "veo que esto funciona así" o "suelto una manza y cae" que podemos asignar a cosas naturales, que podemos ver y tocar y sentir... las observaciones son mucho más complejas y estan alejadas de las aplicaciones prácticas, que involucran aproximaciones a baja energía y/o fenómenos residuales o restringidos..... y de hecho, normalmente acuden a versiones clásicas pre-existentes de las nuevas teorías.

-Por otro lado, se une que la difusión es mucho más rápida, con lo que los conocimientos te llegan en un episodio muy temprano de su desarrollo, dando más sensación de fragilidad.

Esto no son cosas bien definidas y es una cuestión completamente subjetiva, entiendo perfectamente que no estes de acuerdo, y puedes llevarme la contraria, faltaría más xD. En mi opinión, tienen el mismo valor, en cuanto a definición, las observaciones "sencillas" como ver y tocar que las evidencias más complicadas y más alejadas de la realidad.

Para mi, no es distinto en cuanto a su rango, que existan evidencias que nos digan que la tierra es redonda a que existan evidencias de que QED es la teoría cuántica correcta para la interacción electromagnética....

Existen evidencias, muchísimas, para apoyar ambas hipótesis, pero ninguna de las dos esta probada más allá de toda duda. Solo se puede estar razonablemente convencido de que son verdad o no.

Pero vamos, como ya he dicho antes, hay cosas con evidencias detras y hay cosas sin evidencias...

-Modelo Standard => Hay.
-Supersimetría => Nope.
-Cuerdas => Nope.
-Movidas variadas => Nope.

#21

Si me pongo a contar las tonterías que dice el Nasimm en cada video, me cargo la física entera en un plis plas... pero tonterías como un templo.

La primera regla de oro es: Si alguien tiene que montarse su propia web (En este caso una fundación entera, pa cagarse) para dar a conocer sus papers / investigaciones en vez de usar los canáles normales, es que tiene un porcentaje bastante alto de ser un charlatan.

Es que este encima tiene la indecencia de sacar "papers" completamente absurdos e intentar que alguien se los publique.... tiene cojones. Me gustan más los que basan sus cosas en paranoyas espirituales no científicas o pseudo-científicas; al menos no puedes desacreditarles solo leyendo sus trabajos con aquello de "es que no puedes demostrar que la energía espiritual del ki cósmico no hace levitar mi pene"

cabron

Hombre lo de no llevarte la contraria, lo digo por que te dedicas a esto, y para trabajar como físico de partículas no creo que te valga precisamente con tener un carné que te venía en una caja de galletas..., así que si hay algo que digas que no me termina de cuadrar, me parece más lógico pensar que no lo entiendo bien a que yo tenga más razón que tú.

Supongo que tienes razón en que estoy condicionado por la sensación que te deja la física clásica, donde todo es más o menos tangible, y cada idea que se tiene sobre como son las cosas se peude aplicar para hacer un material que tenga x propiedades, un invento que haga tal cosa, etc, y siempre funciona todo de forma predecible.

Me imagino que a nivel de partículas es puramente por conocimiento y no por utilidad práctica ¿no?. Es decir, que no existe ahora mismo ninguna tecnología que se base en el comportamiento esperado de la interacción entre hadrones y gluones por poner un ejemplo, si no que es más bien al revés, primero tenemos algo observable, y de ahí se deduce que las interacciones son de tal forma, por que cuadran con lo que podemos observar, ¿es así?

Shendraf

Muy currado, Narayan.

De todas maneras, te recomendaría dividir toda esta información en varios threads porque puede resultar algo dificil de digerir para quien no está metido en este mundillo. Aún así, poquito a poquito me lo leeré.

mTh

#24

mmmmm. No entiendo muy bien la pregunta...

Siempre hay una máquina que viene de conocimientos previos, es decir, si no supieramos que al chocar protones contra protones salen cosas, estaríamos haciendo el idiota en el LHC.

Pero claro, las cosas que salen, o cuantas salen, o como salen es exáctamente lo que la teoría tiene que ser capaz de predecir.... y si las cosas no cuadran, es que la teoría esta mal y hay que usar otra.

riki212

XD +1

sitoxi

Gustazo de hilo.

Subforo de ciencia ya!

A

Muy bueno el hilo

Usuarios habituales

  • riki212
  • mTh
  • cabron
  • Zerokkk
  • woq3r
  • Netzach
  • Narayan-Sama