Meta: Estimular la discusión acerca de las partículas y la curiosidad por aprender más

Esta actividad introduce a los estudiantes en el cambiante campo de las partículas de altas energías y desafía sus conocimientos y conceptos acerca de los fundamentos de la física. El cuestionario es del tipo verdadero/falso y está diseñado para estudiantes ingeniosos, interesados en aprender más acerca de este campo; les revela hechos descubiertos recientemente y que les pueden resultar sorprendentes

Ud. puede introducir esta actividad inciando una discusión en clase acerca de cosas "fundamentales", preguntando a los estudiantes que sugieran cómo se aplica en la física el término "fundamental". Ésto puede conducir a una discusión acerca de las partículas fundamentales y las fuerzas.

Distribuya las hojas de la actividad y dé tiempo para que los estudiantes las completen en forma individual o en pequeños grupos. Utilice algo de tiempo para la discusión en clase acerca de las conclusiones que obtengan, pero no les dé las respuestas. Sugiérales que las aprenderán a medida que progresen en el programa. Luego anímelos a llevar las hojas de actividad a su casa y a realizar una prueba acerca de los conocimientos científicos de los miembros de su propia familia. Vuelva más tarde a revisar esta hoja como actividad de repaso.

Respuestas

1. Hay partículas subatómicas que no tienen masa ni carga eléctrica.
Verdadero. Los neutrinos, los fotones y los gluones son todas partículas que no tienen masa (o bien su masa es tan pequeña que no ha sido detectada aún) y no tienen carga eléctrica.

2. Algunas partículas pueden viajar a través de billones de kilómetros de materia sin ser detenidas (es decir sin interactuar).
Verdadero. Los neutrinos de bajas energías tienen únicamente interacciones muy débiles con la materia. Podrían viajar un año luz a través de la materia con una probabilidad despreciable de sufrir una interacción.

3. La antimateria es ciencia ficción y no un hecho científico.
Falso. Para cada partícula fundamental existe una correspondiente antipartícula con valor opuesto para todas sus cargas. Sinembargo, en el caso de bosones que tienen todas las cargas nulas, no existe distinción entre la partícula y la antipartícula.

4. Los aceleradores de partículas son usados para el tratamiento del cáncer.
Verdadero. La ventaja de los haces de partículas sobre la terapia más común que emplea rayos x, es que la mayor parte de la radiación puede ser depositada en el tumor, con un menor daño en el tejido sano circundante.

5. Los componentes más pequeños del núcleo de un átomo son los protones y los electrones.
Falso. Los protones y los neutrones, no los electrones, son los componentes del núcleo. Los protones y los neutrones son partículas compuestas, hechas de quarks y gluones

6. Las partículas y las antipartículas pueden materializarse a partir de energía.
Verdadero. Siempre que la energía disponible se puede producir una partícula de masa m y su correspondiente antipartícula(también de masa m). Dado que todas sus cargas tienen el mismo valor absoluto pero signo opuesto, todas las leyes de conservación son satisfechas en ese proceso

7. Los físicos de partículas necesitan aceleradores más grandes para poder investigar objetos más grandes.
Falso. Un acelerador más grande produce un haz de energía más elevada y de menor longitud de onda (E=hc/) y por lo tanto puede ser usado para analizar la estructura en escalas más pequeñas. No obstante es cierto que un acelerador de energía más alta se puede usar para producir y estudiar partículas fundamentales de mayor masa.

8. En los aceleradores circulares los imanes son usados para hacer que las partículas se muevan más rápido.
Falso. La fuerza sobre una partícula cargada en movimiento, debida a la acción de un campo magnético siempre es perpendicular al movimiento y por lo tanto no cambia la rapidez sino sólo la dirección del movimiento. Los imanes son usados para guiar las partículas

9. El trabajo hecho por los físicos de partículas en los aceleradores nos está ayudando a comprender la evolución inicial del universo.
Falso. En el comienzo de su desarrollo el universo estaba lleno, en forma densa, por partículas energéticas. Sólo conociendo todos los tipos de partículas fundamentales y sus interacciones podríamos entender que pudo haber ocurrido en ese período.

10. De las fuerzas fundamentales de la naturaleza la gravedad es la más fuerte.
Falso. La intensidad de cada una de las fuerzas depende de la situación pero en la mayor parte de las situaciones que se dan en los procesos entre partículas fundamentales, la gravedad es un efecto débil, aún si se la compara con la iteracción débil. En la vida de todos los días la gravedad es una fuerza obvia debido a que vivimos muy próximos a un objeto extremadamente masivo, la Tierra. Al igual que ocurre con la gente, la mayoría de las cosas a nuestro alrededor tienen muy poca o ninguna carga eléctrica de modo que sólo experimentamos los efectos residuales del electromagnetismo, tales como las fuerzas debidas a la rigidez o a la elasticidad de la materia y las fuerzas de rozamiento. Pero aún esas fuerzas residuales son más fuertes que la gravedd en muchas situaciones; la gravedad no nos hace atravesar el piso, por ejemplo.

También dependemos de fuerzas intensas que mantienen unido el núcleo de los átomos, pero no notamos procesos debidos ya sea a la fuerza fuerte o a la fuerza débil con excepción de los decaimientos radioactivos (para másdetalles, ver la tabla que se encuentra en el centro de la lámina del Modelo Standard, bajo el encabezamiento "Propiedades de las Interacciones".

11. Hay por lo menos cien partículas subatómicas diferentes.
Verdadero. Hay má de 100 tipos de partículas que han sido observadas y verificadas de modo confiable; muchas de ellas son entendidas actualmente como compuestos formados a partir de quarks. Muchas más han sido postuladas pero son muy difíciles de observar debido a que son extremadamente intestables. (Aquí "subatómico" se interpreta como "más pequeño en tamaño que un átomo; la mayoría de tales partículas no existen dentro de los átomos ordinarios pero se las puede producir en colisiones de alta energía.)

12. Toda la materia conocida está compuesta de leptones y quarks.
Verdadero. Toda la materia observada son leptones o compuestos que contienen quarks. El fotón, los bosones W y Z y los gluones, aunque son considerados como partículas, son los portadores de los campos de fuerzas y no se los denomina usualmente "materia".

13. En construcción
En construcción

14. el rozamiento es una de las fuerzas fundamentales de la naturaleza.
Falso. El rozamiento es un efecto secundario que resulta de las interacciones eléctircas entre la estructura atómica de una superficie y la de otra superficie cercana.

15. En construcción
En construcción

Actividades de refuerzo:

1. Sugiera que los estudiantes les pidan a sus padres o abuelos que les expliquen qué pensaban ellos acerca de la teoría de los átomos cuando estaban en la escuela. Haga que los estudiantes usen ésto como el inicio de discusiones con los miembros de su familia a medida que se complete cada una de las actividades de este programa.

2. Aliente a sus alumnos a elegir uno de los enunciados del cuestionario y a hacer un desarrollo posterior sobre ese tema. Fije una fecha en la que ellos pueden traer a la clase su informe respecto de sus hallazgos.