Universidad de Carabobo

Escuela de Ingeniería - Facultad de Eléctrica

Departamento de Potencia

Técnicas de alta tensión.

Ensayo partículas elementales

Bachiller:

Bolletti, Eilyn

Profesor:

Ing. Francisco Naveira

Bolletti, Eilyn

Introducción

La Física de altas energías trata con el estudio de los constituyentes fundamentales de la materia y de las interacciones entre ellos. Hace 75 años, sólo se conocía la existencia de: el protón, el neutrón, el electrón y el neutrino junto con el fotón. Una primera mirada nos conduce a pensar que el universo está compuesto sólo de este tipo de partículas. Sin embargo, cuando se intenta entender los detalles de la fuerza nuclear entre protones y neutrones, así como el comportamiento de los cientos de partículas inestables observadas en los rayos cósmicos y en los grandes aceleradores, aparece la necesidad de introducir una clasificación de partículas.

Bolletti, Eilyn

Desarrollo

Las partículas elementales son los constituyentes elementales de la materia, más precisamente son partículas que no están constituidas por partículas más pequeñas ni se conoce que tengan estructura interna.

Originalmente el término partícula elemental se usó para toda partícula subatómica como los protones y neutrones, los electrones y otros tipos de partículas exóticas que sólo pueden encontrarse en los rayos cósmicos o en los grandes aceleradores de partículas, como los piones o los muones. Sin embargo, a partir de los años 1970 quedó claro que los protones y neutrones son partículas compuestas de otras partículas más simples. Actualmente el nombre partícula elemental se usa para las partículas, que hasta donde se sabe, no están formadas por partículas más simples.

Fuerza fuerte, fuerza electromagnética, fuerza débil, fuerza gravitacional

Se denominan interacciones fundamentales los cuatro tipos de campos cuánticos mediante los cuales interactúan las partículas. Según el modelo estándar, las partículas que interaccionan con las partículas materiales, fermiones, son los bosones.

Existen 4 tipos de interacciones fundamentales: interacción nuclear fuerte, interacción nuclear débil, interacción electromagnética e interacción gravitatoria. Casi toda la historia de la física moderna se ha centrado en la unificación de estas interacciones, y hasta ahora la interacción débil y la electromagnética se han podido unificar en la interacción electrodébil. En cambio, la unificación de la fuerza fuerte con la electrodébil es el motivo de toda la teoría de la gran unificación. Y finalmente, la teoría del todo involucraría esta interacción electronuclear con la gravedad.

Fuerza fuerte:

Esta fuerza es la responsable de mantener unidos a los nucleones (protones y neutrones) que coexisten en el núcleo atómico, venciendo a la repulsión electromagnética entre los protones que poseen carga eléctrica del mismo signo (positiva) y haciendo que los neutrones, que no tienen carga eléctrica, permanezcan unidos entre sí y también a los protones.

Fuerza Electromagnetica

El electromagnetismo describe los fenómenos físicos macroscópicos en los cuales intervienen cargas eléctricas en reposo y en movimiento, usando para ello campos

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eléctricos y magnéticos y sus efectos sobre las sustancias sólidas, líquidas y gaseosas. Por ser una teoría macroscópica, es decir, aplicable sólo a un número muy grande de partículas y a distancias grandes respecto de las dimensiones de éstas, el electromagnetismo no describe los fenómenos atómicos y moleculares, para los que es necesario usar la mecánica cuántica.

Fuerza débil

La interacción débil, frecuentemente llamada fuerza débil o fuerza nuclear débil, es una de las cuatro fuerzas fundamentales de la naturaleza. En el modelo estándar de la física de partículas, ésta se debe al intercambio de los bosones W y Z, que son muy masivos. El efecto más familiar es el decaimiento beta (de los neutrones en el núcleo atómico) y la radiactividad. La palabra "débil" deriva del hecho que un campo de fuerzas es de 1013 veces menor que lainteracción nuclear fuerte; aun así esta interacción es más fuerte que la gravitación a cortas distancias.

Fuerza gravitacional

La gravedad, en física, es una de las cuatro interacciones fundamentales. Origina la aceleración que experimenta un objeto en las cercanías de un objeto astronómico. También se denomina interacción gravitatoria o gravitación. Por efecto de la gravedad tenemos la sensación de peso. Si estamos en un planeta y no estamos bajo el efecto de otras fuerzas, experimentaremos una aceleración dirigida aproximadamente hacia el centro del planeta. En la superficie de la Tierra, la aceleración de la gravedad es aproximadamente 9,81 m/s2.

La comunidad científica prefiere el nombre de interacciones fundamentales al de fuerzas debido a que con ese término se pueden referir tanto a las fuerzas como a los decaimientos que afectan a una partícula dada.

Clasificación de partículas

Leptones: es una partícula con espín -1/2 (un fermión) que no experimenta interacción fuerte (esto es, la fuerza nuclear fuerte). Los leptones forman parte de una familia de partículas elementales conocida como la familia de los fermiones, al igual que los quarks.

Un leptón es un fermión fundamental sin carga hadrónica o de color. Existen seis leptones y sus correspondientes antipartículas: el electrón, el muon, el tau y tres neutrinos asociados a cada uno de ellos.

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Electron: El electrón, comúnmente representado por el símbolo: e−, es una partícula subatómica con una carga eléctrica elemental negativa.12 Un electrón no tiene componentes o subestructura conocidos, en otras palabras, generalmente se define como una partícula elemental.

Muon: El muon es una partícula elemental masiva que pertenece a la segunda generación de leptones. Su espin es 1/2. Posee carga eléctrica negativa, como el electrón, aunque su masa es 200 veces mayor que el peso del electrón, y su vida es algo más larga que otras partículas inestables

Tauon: La partícula tau es una partícula elemental masiva que pertenece a la tercera generación de leptones. Tiene una vida media muy corta, de unos 3·10−13 segundos, y una masa de unos 1777 MeV/c² (casi el doble que la del protón y más de 3.000 veces la del electrón).

Neutrino Electronico : El electrón-neutrino (o neutrino electrónico) es una partícula elemental que pertenece al grupo de los leptones. Tiene spin ½, y una masa como mucho un millón de veces menor que la del electrón, pero no nula. Como tiene una masa tan pequeña, siempre se mueve a una velocidad cercana a la velocidad de la luz, por eso los científicos pensaban que el neutrino carecía de masa.

Neutrino Muonico: El neutrino muónico es una partícula elemental que pertenece al grupo de los leptones. Tiene espín ½, y una masa muy pequeña, pero no nula.

Neutrino Tauonico: El tau neutrino o neutrino tauónico es una partícula elemental que pertenece al grupo de los leptones. De símbolo \nu_\tau, tiene spin ½, y una masa como mucho un millón de veces menor que la del electrón, pero no nula.

Quarks: Los quarks, junto con los leptones, son los constituyentes fundamentales de la materia. Varias especies de quarks se combinan de manera específica para formar partículas tales como protones y neutrones.

Los quarks son las únicas partículas fundamentales que interactúan con las cuatro fuerzas fundamentales. Los quarks son partículas parecidas a los gluones en peso y tamaño, esto se asimila en la fuerza de cohesión que estas partículas ejercen sobre ellas mismas. Son partículas de espín 1/2, por lo que son fermiones. Forman, junto a los leptones, la materia visible.

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Hay seis tipos distintos de quarks que los físicos de partículas han denominado de la siguiente manera:

up (arriba) down (abajo) charm (encanto) strange (extraño) top (cima) y bottom (fondo).

Fueron nombrados arbitrariamente basados en la necesidad de nombrarlos de una manera fácil de recordar y usar, además de los correspondientes antiquarks.

Bosones: Se caracterizan por:

Tener un espín entero (0,1,2,...).

No cumplen el principio de exclusión de Pauli y siguen la estadística de Bose-Einstein. Esto hace que presenten un fenómeno llamado condensación de Bose-Einstein (el desarrollo de máseres y láseres fue posible puesto que los fotones de la luz son bosones).

La función de onda cuántica que describe sistemas de bosones es simétrica respecto al intercambio de partículas.

Bosones W y Z: Los bosones W y Z son las partículas mediadoras de la interacción nuclear débil, una de las cuatro interacciones fundamentales de la naturaleza. Son dos tipos de partículas fundamentales, muy masivas, que se encargan en general de cambiar el sabor de otras partículas, los leptones y los quarks.

Fotón: El fotón (en griego φῶς, φωτός [luz], y -ón) es la partícula elemental responsable de las manifestaciones cuánticas del fenómeno electromagnético./. Es la partícula portadora de todas las formas de radiación electromagnética, incluyendo a los rayos gamma, los rayos X, la luz ultravioleta, la luz visible (espectro electromagnético), la luz infrarroja, las microondas, y las ondas de radio. El fotón fue llamado originalmente por Albert Einstein "cuanto de luz” (en alemán: das Lichtquant). El nombre moderno “fotón” proviene de la palabra griega φῶς (que se transcribe como phôs), que significa luz, y fue acuñado en 1926 por el físico Gilbert

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N. Lewis, quien publicó una teoría especulativa6 en la que los fotones no se podían “crear ni destruir".

Gluón: El gluon o gluón es el bosón portador de la interacción nuclear fuerte, una de las cuatro fuerzas fundamentales. No posee masa ni carga eléctrica, pero sí carga de color, por lo que además de transmitir la interacción fuerte también la sufre.

La teoría que postula la existencia de los gluones y describe su dinámica se llama cromodinámica cuántica. El nombre hace alusión a "pegamento" (glue), estas partículas son las que "unen" los quarks dentro de los nucleones.

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PartículaSímbol

oMasa (en GeV/c2) Carga eléctrica Espín Interacción

Fotón 0 0 1 electromagnética

Bosón W W± 80,4 ± 1 1 débil

Bosón Z Z0 91,187 0 1 débil

Gluón g 0 0 1 fuerte

Tipo de

fermiónNombre Símbolo

Carga

electromagnética

Carga

débil*

Carga

de

color

Masa

Leptón

Electrón e- -1 -1/2 0 0,511 MeV/c²

Muon - -1 -1/2 0 105,6 MeV/c²

Tauón - -1 -1/2 0 1,784 GeV/c²

Neutrino

electrónicoe 0 +1/2 0 < 50 eV/c²

Neutrino

muónico0 +1/2 0 < 0,5 MeV/c²

Neutrino

tauónico0 +1/2 0 < 70 MeV/c²

Quark

up u +2/3 +1/2 R/G/B ~5 MeV/c²

charm c +2/3 +1/2 R/G/B ~1.5 GeV/c²

top t +2/3 +1/2 R/G/B >30 GeV/c²

down d -1/3 -1/2 R/G/B ~10 MeV/c²

strange s -1/3 -1/2 R/G/B ~100 MeV/c²

bottom b -1/3 -1/2 R/G/B ~4,7 GeV/c²