Componentes del "Modelo Standard" de las
partículas e interacciones fundamentales
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El "Modelo Standard" resume todo el conocimiento actual
sobre física de partículas.
Es la teoría cuántica que incluye
la teoría de las interacciones fuertes
(cromodinámica cuántica o QCD)
y la teoría unificada de las interacciones débil
y electromagnética (electrodébil).
La gravedad está incluída en esta
lámina porque es una de las interacciones fundamentales,
si bien no forma parte del "Modelo Standard".
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El texto de la figura dice:
Si los protones y neutrones en esta figura tuvieran 10 cm de diámetro,
entonces los quarks y los electrones serían más
pequeños que 0.1 mm y el átomo entero tendría
algo así como 10 km de diámetro.
El Spin es el momento angular intrínsico.
El spin está dado en unidades de h-barra,
que es la unidad cuántica del ímpetu angular, donde
h-barra=h/2pi = 6.58*10-25 GeV s = 1.05*10-34 J s.
Las cargas eléctricas
están dadas en unidades
de la carga del protón.
En unidades del SI la carga eléctrica del protón es
1.60 * 10-19 coulombs.
La unidad de energía
de la física de partículas es el electrón
volt (eV), que es la energía ganada por un electrón
cuando asciende a través de una diferencia de potencial de un volt.
Las masas se dan en GeV/c2
(recuerde que E = mc2),
donde 1 GeV = 109 eV = 1.60 * 10-10 joule.
La masa del protón es 0.938
GeV/c2 = 1.67*10-27 kg.
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Carga de color
Cada quark transporta alguno de los tres tipos de "carga fuerte"
también llamada "carga de color".
Estas cargas no tienen nada que ver con los colores de la luz visible.
Existen ocho tipos posibles de cargas de color para los gluones.
Del mismo modo que las partículas cargadas interactúan
intercambiando fotones, en las interacciones fuertes, las partículas
coloreadas interactúan intercambiando gluones.
Los leptones, los fotones, y los bosones W
y Z no sufren las interacciones fuertes dado que no tienen carga
de color.
Los quarks viven confinados dentro de los mesones y bariones
No es posible aislar los quarks ni los gluones;
están confinados dentro de partículas sin color llamadas
hadrones.
Este confinamiento (ligadura) surge del intercambio múltiple
de gluones entre los constituyentes coloreados.
A medida que dos partículas con carga de color (quarks y gluones)
se alejan se incrementa la energía almacenada
en la fuerza de color entre ellas.
Esta energía puede convertirse en
pares quark-antiquark adicionales
(vea la
figura de abajo).
Los quarks y los antiquarks a su vez se combinan formando hadrones;
los hadrones son las partículas que finalmente emergen.
Se han observado dos tipos de hadrones en la naturaleza:
los mesones q qbarra y los bariones qqq.
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Interacciones fuertes residuales
El confinamiento de los protones y neutrones, que no tienen
carga de color, para formar el núcleo
se debe a las interacciones fuertes residuales entre sus constituyentes
coloreados.
La situación es similar al caso de la interacción
que liga los átomos, que son neutros, para formar moléculas.
También se la puede ver como un intercambio de mesones entre los
hadrones.
Propiedades de las interacciones
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Materia y antimateria
Para cada tipo de partícula existe un tipo correspondiente de
antipartícula, denotado por una barra sobre el
símbolo de la partícula (a menos que se
indique una carga + ó 0).
Una partícula y su antipartícula
tienen masa idéntica y tanto sus cargas como sus
spines son opuestos. Algunos bosones neutros
(Ej. Z0,
gamma, y eta_c = c cbarra)
son sus propias antipartículas,
pero no es así en todos los casos (Ej. K0 = dsbarra).
Figuras
Estos diagramas son una concepción artística
de los procesos físicos. No son exactos y no
están hechos a escala.
Las áreas sombreadas con verde representan
la nube de gluones o bien el campo del gluón,
las líneas rojas son las trayectorias de los quarks.
Tablas
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El texto de la figura dice:
Un neutrón decae en un protón,
un electrón y un antineutrino,
a través de un bosón virtual (mediador).
Este es el decaimiento beta del neutrón.
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El texto de la figura dice:
Una colisión electrón - positrón (antielectrón)
a alta energía puede aniquilarlos para producir mesones
B0 y Bbarra0
a través de un bosón Z virtual
o de un fotón virtual.
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El texto de la figura dice:
Dos protones que colisionan a alta energía
pueden producir varios hadrones más
partículas de masa muy grande
tales como los bosones Z.
Este tipo de evento es raro pero puede darnos claves cruciales
sobre cómo es la estructura de la materia.
La Aventura de las partículas
Visite la galardonada presentación web,
La Aventura de las Partículas
en
http://pdg.lbl.gov/cpep.html.
Auspiciantes:
Esta lámina ha sido posible gracias a la
generosa ayuda de:
-
U.S. Department of Energy
-
Lawrence Berkeley National Laboratory
-
Stanford Linear Accelerator Center
- American Physical Society, División de Partículas
y Campos
-
BURLE Electron Tubes
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