Esta actividad está diseñada para presentarles a los estudiantes algunos conceptos fundamentales de la física de partículas, que son las "Reglas del Juego" jugado por la naturaleza -- las leyes de conservación y la naturaleza de los eventos entre partículas. Completando los ejercicios sobre los rompecabezas de esta hoja de actividades, los estudiantes aprenderán que parte de la teoría y práctica de la física de partículas es un simple proceso de conteo, y que un "evento" en física de partículas es comparable con una reacción en química, en donde un grupo de partículas es formado a partir de otro. Además, ellos aprenderán que así es como los físicos descubren las reglas -- las que son formuladas para explicar los datos, y no establecidas a priori; como ejemplo refiérase a las reglas de interacciones que los estudiantes encontraron en la Actividad Dos, Analizando el Sistema
Usted puede presentar esta actividad diciendo a sus alumnos que supongan que ellos son científicos -- que inventan reglas para explicar fenómenos observados y luego usan estas reglas para interpretar nuevas observaciones. Pida a los estudiantes que trabajen en grupos para encontrar ejemplos de "reglas de la naturaleza" que expliquen las listas de procesos observados y no observados.
Distribuya la hoja de actividades y explique que la tabla de partículas puede ser usada para identificar los tipos de partículas y cargas en cada evento.
Una vez que los alumnos hayan entendido cómo leer las tablas de partículas, haga que ellos comiencen trabajando en la actividad en pequeños grupos, como lo hacen los físicos de partículas.
Usted podría querer explicar qué dos tipos de eventos "observados" están representados en la lista. Los eventos 1, 5 y 6 son decaimientos de partículas: una partícula, como por ejemplo un neutrón, decae espontáneamente para formar otras dos o más partículas. Los otros eventos "observados" (2, 3, 4, 7, 8, 9 y 10) son colisiones: las dos partículas a la izquierda de las flechas se acercan lo suficiente para interactuar y las partículas entrantes se transforman en dos o más partículas salientes.
También se pueden dar las indicaciones de abajo para simplificar esta actividad. Usted podrá darlas a conocer inmediatamente al comenzar, o de a una por vez, cuando resulten necesarias; también puede optar por desafiar a los alumnos a trabajar sin ninguna ayuda.
1. Las cantidades conservadas no son combinaciones complicadas de cosas.
2. Los alumnos pueden corroborar si una cantidad es conservada en un evento comparando la suma de esa cantidad a la izquierda de la flecha con la suma de la misma cantidad a la derecha de la flecha.
3. Al contar tipos de partículas, sume el número de partículas y reste el número de antipartículas.
4. Además de la carga eléctrica, en los siguientes ejemplos se muestran otras dos cantidades conservadas.
5. Si las cuentas para una cantidad dada coinciden a la izquierda y a la derecha de las flechas en todos los eventos "observados", pero no en todos los "eventos jamás observados", ésta es una cantidad que se conserva.
6. Los estudiantes deberían intentar contar el número de partículas de una clase dada (bariones, leptones, mesones), antes y después de un determinado evento. Sería de ayuda que los estudiantes hicieran una tabla para que tengan a la vista la cuenta de cada cantidad a la izquierda y a la derecha de la ecuación en los 20 procesos.
1. Cuando una cantidad se "conserva", vale lo mismo después del evento que lo que valía antes de éste.
2. Se pueden encontrar las siguientes cantidades conservadas: (a) carga eléctrica; (b) número de bariones menos número de antibariones, que es el llamado "número bariónico"; (C) número de leptones menos número de antileptones, que es el llamado "número leptónico".
3. Un "evento" es el tipo básico de observación en física de partículas; es una simple colisión de dos partículas (produciendo una transformación en dos o más partículas salientes), o el decaimiento de una única partícula en dos o más partículas. Un evento es similar a una reacción química en química, en el sentido que un grupo de partículas es formado a partir de otro grupo.
4. Los eventos 1,5 y 6 son decaimientos.
5. Eventos:
1. Después que los alumnos hayan completado la hoja de actividades, discuta qué les enseñó la experiencia sobre física de partículas y cómo los científicos llevan a cabo estos experimentos. Los alumnos deberían poder reconocer qué parte de la teoría y práctica de la física de partículas es simplemente contar, y cómo los físicos infieren las leyes de conservación a partir de los datos, para explicar qué eventos se observan y cuáles no se observan.
2. Pida a los alumnos que provean otros ejemplos de leyes de conservación en la naturaleza. Discuta como la "conservación de la masa", tal como se la enseña en química, es un resultado aproximado, que es de hecho una consecuencia de la conservación del número bariónico. (La masa sólo se conserva aproximadamente en las reacciones químicas, ya que en general las energías de ligadura antes y después de la reacción son diferentes).
3. Discuta la diferencia entre el término "conservación" como se lo usa en "ley de conservación" y el uso popular, en referencia a la "conservación de recursos". Como la "conservación de la energía" es una ley física, ¿por qué debemos preocuparnos de la "conservación de la energía" en nuestras vidas cotidianas? ¿Adónde va la "energía desperdiciada"?