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Índice

PRESENTACIÓN ....................................................................................... 11

PARTE ICONSTITUYENTES ELEMENTALES DE LA MATERIA

Capítulo 1. Constituyentes de la materia: introducción y generalidades 15 1.1 Introducción .................................................................................... 15 1.2 Del e– al Higgs. Los descubrimientos de partículas ....................... 18 1.3 Clasificacióndepartículas .............................................................. 25 1.4 Las cuatro interacciones fundamentales ......................................... 36 1.5 El Modelo Estándar ........................................................................ 50 1.6 Lagranunificación ......................................................................... 51 1.7 Ejercicios ........................................................................................ 54

PARTE IIMÉTODOS EXPERIMENTALES EN FÍSICA DE PARTÍCULAS

Capítulo 2. Aceleradores de partículas ................................................... 59 2.1 Generalidades sobre aceleradores de partículas ............................. 59 2.2 Aceleradores de corriente continua ................................................ 64 2.3 Aceleradores de corriente alterna ................................................... 67 2.4 Colisionadores ................................................................................ 73 2.5 Ejercicios ........................................................................................ 78

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Capítulo 3. Interacción de las partículas con la materia ....................... 81 3.1 Introducción .................................................................................. 81 3.2 Elconceptodeseccióneficaz ....................................................... 82 3.3 Interacción de partículas cargadas con la materia ......................... 96 3.4 Interacción partícula-átomo .......................................................... 98 3.5 La fórmula de Bethe-Bloch ........................................................... 98 3.6 Interacción de e+ y e– con la materia ............................................. 108 3.7 Interacción de fotones con la materia ........................................... 116 3.8 Ejercicios ....................................................................................... 123

Capítulo 4. Detectores de partículas ........................................................ 127 4.1 Detectores de partículas ................................................................ 127 4.2 Magnitudes características de los detectores ................................ 129 4.3 Detectores gaseosos. Contador Geiger-Müller ............................. 136 4.4 Detectores de centelleo. Fotomultiplicadores ............................... 140 4.5 Ejemplos de espectros de fuentes radiactivas ............................... 149 4.6 Detectores de estado sólido ........................................................... 151 4.7 Detectores de radiación de transición ........................................... 156 4.8 Detección de partículas neutras .................................................... 157 4.9 Detectores Cherenkov ................................................................... 159 4.10 Calorímetros .................................................................................. 164 4.11 Ejercicios ....................................................................................... 170

Capítulo 5. Métodos estadísticos en física de partículas ........................ 173 5.1 Errores instrumentales y estadísticos ............................................ 173 5.2 Distribuciones de probabilidad ..................................................... 175 5.3 Distribuciones uniforme, binomial, Poisson, Gauss y χ2 .............. 177 5.4 Propagación de errores estadísticos .............................................. 184 5.5 Método de máxima verosimilitud ................................................. 185 5.6 Ajustes de curvas .......................................................................... 189 5.7 Interpolaciones .............................................................................. 195 5.8 Ejercicios ....................................................................................... 195

Capítulo 6. Experimentos en física de altas energías ............................. 199 6.1 Introducción .................................................................................. 199 6.2 Tipos de experimentos en altas energías ....................................... 200 6.3 Medida de propiedades de las partículas ...................................... 205 6.4 El experimento ideal: producción y desintegración del Z

0 ........... 212 6.5 Ejercicios ....................................................................................... 215

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PARTE IIISIMETRÍAS Y HADRONES

Capítulo 7. Simetrías y leyes de conservación ........................................ 219 7.1 Introducción ................................................................................. 219 7.2 Invariancia relativista ................................................................... 221 7.3 Traslaciones y rotaciones en el espacio ........................................ 233 7.4 El grupo SU(2). Espín e isospín ................................................... 237 7.5 Simetrías P, C y T ........................................................................ 241 7.6 La invariancia gauge .................................................................... 256 7.7 Leyes de conservación en las interacciones fundamentales ......... 258 7.8 Ejercicios ...................................................................................... 259

Capítulo 8. Espectroscopía de hadrones ................................................. 263 8.1 El modelo de quarks de los hadrones ........................................... 263 8.2 Números cuánticos de los hadrones ............................................. 265 8.3 La simetría SU(3) ......................................................................... 267 8.4 Multipletes de bariones y mesones .............................................. 270 8.5 Masas y momentos magnéticos de los hadrones .......................... 280 8.6 Espectroscopía de mesones pesados ............................................ 288 8.7 Los Quarkonia y el potencial de QCD ......................................... 304 8.8 El descubrimiento del último quark (el quark t) .......................... 312 8.9 Ejercicios ...................................................................................... 313

PARTE IVINTERACCIONES FUNDAMENTALES

Capítulo 9. Interacciones débiles ............................................................. 317 9.1 Introducción ................................................................................. 317 9.2 Las familias de leptones ............................................................... 318 9.3 Violación de paridad .................................................................... 326 9.4 Teoría V-A de la desintegración beta ........................................... 331 9.5 La matriz CKM ............................................................................ 340 9.6 Violación de CP ............................................................................ 352 9.7 Ejercicios ...................................................................................... 355

Capítulo 10. La unificación electrodébil ................................................. 359 10.1 Interacciones de neutrinos ............................................................ 359 10.2 La simetría SU (2)L ⊗ U (1)Y ........................................................ 369 10.3 Los bosones intermediarios .......................................................... 374

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10.4 Teorías gauge no abelianas .......................................................... 379 10.5 El mecanismo de Higgs ................................................................ 383 10.6 Aniquilación e+e– .......................................................................... 387 10.7 Resultados experimentales de LEP .............................................. 401 10.8 Ejercicios ...................................................................................... 410

Capítulo 11. El modelo de partones y QCD ............................................ 415 11.1 La interacción hadrónica a alta energía ........................................ 415 11.2 El modelo de partones .................................................................. 422 11.3 El color de los quarks y QCD ...................................................... 439 11.4 Evolución de la constante de acoplo con la energía ..................... 443 11.5 QCD perturbativa ......................................................................... 445 11.6 Lagranunificación ....................................................................... 451 11.7 Ejercicios ...................................................................................... 455

PARTE VFÍSICA DE ASTROPARTÍCULAS

Capítulo 12. Neutrinos y rayos cósmicos ................................................ 463 12.1 Neutrinos solares, de reactores y atmosféricos ............................ 463 12.2 Neutrinos de aceleradores ............................................................ 471 12.3 Neutrinos de supernova ................................................................ 473 12.4 Oscilaciones de neutrinos ............................................................. 477 12.5 Neutrinos de Majorana ................................................................. 482 12.6 La radiación cósmica .................................................................... 483 12.7 Ejercicios ...................................................................................... 495

Apéndices Apéndice A. Constantes físicas ............................................................. 503 Apéndice B. Múltiplos y submúltiplos .................................................. 505 Apéndice C. Tablas de partículas .......................................................... 507 Apéndice D. La ecuación de Dirac ........................................................ 517 Apéndice E. Funciones de estructura del protón ................................... 521 Apéndice F. Funciones especiales ........................................................ 523 Apéndice G. Tablas estadísticas ............................................................. 531 Apéndice H. Estructura electrónica de los elementos ........................... 535 Apéndice I. Tablas de propiedades atómicas de los elementos ............ 539 Apéndice J. La tabla de Mendeleiev .................................................... 541

Índice de figuras ........................................................................................ 543

Bibliografía ................................................................................................ 549

Índice analítico .......................................................................................... 551