Meta: Interpretar algunos eventos típicos en física de partículas

Esta actividad hace que los estudiantes analicen e interpreten una serie de "imágenes de eventos" en las que se muestran las "trayectorias" de colisiones entre partículas mostradas por un detector. Para introducir esta actividad, revea con la clase las características físicas de un detector de partículas, haciendo referencia al diagrama en corte del detector en la Actividad Cuatro.

En este punto haga notar a sus estudiantes la similitud con la sección de un detector. Haga que ellos nombren las capas del detector y describan sus funciones (refiriéndose al Glosario si necesitan ayuda). Si alguno de los estudiantes ha estudiado los componentes del detector haga que reporte sus hallazgos a la clase ahora.

Luego de discutir las distintas capas y sus funciones, los estudiantes tendrán la oportunidad de evaluar eventos de partículas en un detector, en la misma forma en que lo hacen los físicos de partículas. Revea el material introductorio y las "reglas del juego" en la clase. Luego haga que los estudiantes trabajen en forma independiente o de a pares para analizar e interpretar los cuatro eventos mostrados.

Respuestas:

1. Evento 1:
   Las partículas son: un electrón y un positrón (es decir un antielectrón) que emergen en direcciones opuestas. Sus caminos se curvan en forma opuesta por el campo magnético.

   Evento 2:
   Las partículas son: un muón y un antimuón.

   Evento 3:
   Las partículas son: un muón y un positrón, o un antimuón y un electrón más algunas partículas que no se ven, necesarias para la conservación del ímpetu.

   Evento 4:
   Las partículas son: hadrones (se necesita más información para poder identificarlos como hadrones específicos).

2. Ya que las partículas originales eran e- y e+, la carga total es cero. Así, una de las partículas finales es positiva y una es negativa. Ud. puede decir cuál es cuál usando la curvatura de las trayectorias.
3. Ya que las partículas originales tenían ímpetus iguales y opuestos, el total era cero. Eso significa que deben existir partículas no visibles (neutrinos) en este evento que se llevan algo de ímpetu, dado que las trayectorias observadas no pueden conservar el ímpetu.

Actividades de Refuerzo:

1. Cuando los estudiantes han completado esta actividad, inicie una clase de discusión referida a las partículas fundamentales y al equipamiento que se usa para registrar su comportamiento. Discuta por qué los detectores son construídos con muchas capas y por qué cada tipo de partícula tiene un patrón característico de rastros.

2. Sugiera que los estudiantes evalúen lo que han aprendido, retomando la primer hoja de actividades de este programa e indicando nuevamente sus respuestas a cada enunciado.

Cosas adicionales para hacer:

1. Mostrar cuanto espacio vacío existe dentro de un átomo y dentro de un protón, construyendo modelos sobre una cancha de fútbol, usando una canica y de tres a seis bolas de golf. El campo entero representa un átomo; una canica brillante colocada cerca del centro del campo representa el núcleo, que en esta escala debería ser un poco menor que una canica. Haga que los estudiantes miren hacia él desde las líneas laterales.

Luego haga que ellos imaginen la potencia de un microscopio que haga que el núcleo se expanda hasta que un único protón se haga tan grande como el campo de fútbol completo; un gran espacio ocupado sólo por tres pequeños objetos -- los quarks -- puede representarse mediante tres bolas de golf arrojadas al azar en el campo.

2. Aliente a sus estudiantes a desarrollar presentaciones creativas acerca de una tabla específica o ilustración de la lámina del Modelo Standard de las Partículas Fundamentales y sus Interacciones. Las posibilidades incluyen dibujos animados, historias contadas desde el punto de vista de una partícula, bailes que representan las características de las partículas y sus interacciones y "definiciones humorísticas" que sean variaciones de las definiciones usuales. La Bibliografía provista puede ser usada como punto de partida en su búsqueda de información

3. Haga que los estudiantes usen una cuba de ondas para demostrar que las partículas con longitudes de onda largas (bajas energías) no pueden detectar pequeñas estructuras. Genere un frente de onda plano y coloque un obstáculo más pequeño que la longitud de onda en el agua, luego incremente la longitud de onda hasta que sea aproximadamente del mismo tamaño que el obstáculo. La deformación resultante en las ondas muestra que las pequeñas estructuras sólo son visibles con ondas de agua de longitud de onda corta. Del mismo modo, las pequeñas partículas sólo son visibles con haces de partículas de altas energías (longitud de onda extremadamente corta)

4. Una cámara de niebla simple -- uno de los primeros tipos de detectores de partículas -- puede ayudar a Ud. y a sus estudiantes a experimentar con trazas de partículas! Ud. puede usar una cámara comercial (tal como la Cámara de Niebla Wilson) o hacer una Ud. mismo. (Invierta una jarra de vidrio de boca ancha de modo que la tapa quede en el fondo. Forre el interior de la tapa y los laterales con papel de construcción negro; deje un orificio para una fuente de luz.) Llene el fondo de la cámara con 1/2cm de alcohol metílico; coloque la cámara sobre hielo seco.

Una cámara comercial tiene su propia fuente radioaciva; si Ud. construye su propia cámara, use una roca de uranio o un detector radioactivo de humo. Coloque la fuente en la cámara, y coloque una luz brillante a aproximadamente 10 cm de la cámara. Las partículas cargadas tales como partículas beta, protones y partículas alfa dejarán un rastro de condensación a medida que ionizan el aire dentro de la cámara; Ud. puede también ver trazas de los rayos cósmicos.

Las partículas alfa dejarán trazas más cortas -- unos pocos cm o menos de longitud --. Las trazas más largas es probable que sean hechas por partículas beta; ellas pueden ser negativas (electrones) o positivas (positrones).