12 partículas de la materia | ||||
La física de partículas | ![]() | Actualización 28 de julio 2013 | ||
La física de partículas nos permite conocer cuáles son los constituyentes de la materia y sus interacciones. A lo largo del siglo 20, los físicos y los matemáticos, especialmente han desarrollado un modelo que explica el universo observable y, en particular, la materia y sus interacciones, este modelo se llama el "modelo estándar". Las partículas elementales de la materia y sus interacciones fueron construidos después de Big Bang y cuatro fuerzas o interacciones conocidas son la interacción fuerte, la interacción débil, el electromagnetismo y por supuesto la gravedad. El Modelo Estándar no describe la cuarta interacción, la interacción gravitacional. | Pero si, como los fotones, las partículas no tienen masa, para que puedan viajar a la velocidad de la luz, el universo no pueden contener materia que sea en forma de radiación, entonces las partículas elementales no puede unirse en núcleos. Es aquí que el mecanismo de Higgs que da la masa a las partículas primarias y por lo tanto preserva las leyes físicas de la simetría. Las partículas adquieren una masa mediante la interacción con el campo de Higgs que impregna todo el espacio. Como sucede a menudo en la ciencia hay muchos precursores de una teoría y es la misma cosa para el mecanismo de Higgs, los precursores son Philip Warren Anderson, Yoichiro Nambu, Julian Schwinger, Robert Brout, François Englert, pero Peter Higgs que mejor describe el mecanismo y sobre todo el propio Higgs. El co-descubridor del mecanismo de Higgs son Gerald Guralnik, Carl Richard Hagen, Thomas Walter Bannerman Kibble. Este mecanismo fue tomada por Steven Weinberg, Abdus Salam y Sheldon Glashow para crear el modelo estándar. | ![]() Imagen: Simulación de colisiones de partículas. Las partículas no son visibles, pero sin embargo son detectables si se aplica suficiente energía, del orden de giga electrón-voltios (GeV). Energía y la masa son dos aspectos de un mismo fenómeno, de acuerdo con la famosa ecuación de Einstein (E = mc2), la masa puede convertirse en energía y viceversa. Debido a esta equivalencia, la masa y la energía se pueden medir con la misma unidad. En el ámbito de la física de partículas, es el electrón-voltio (eV). | ||
El mecanismo de Higgs | ||||
El mecanismo de Higgs da masa a todas las partículas elementales, pero no se dice nada acerca de la masa del bosón de Higgs en sí, sólo se sabe que tiene una masa de 2 GeV a 1000 GeV, que es muy vago. Una partícula se puede ser observar en un detector que en energía mayor o igual a su propia masa. El bosón de Higgs no ha sido observada en el detector en el LEP (Large Electron Positron Collider), debido el poder del colisionador (114 GeV) no es suficiente para que aparezca el Higgs. Por tanto, era necesario sustituir el LEP por el LHC (Large Hadron Collider), uno colisionador mucho más potente 7000 GeV o 7 TeV. LEP fue desmantelada en el otoño de 2000 y es con el LHC operativo desde el 10 de septiembre de 2008, los científicos esperaban encontrar el bosón de Higgs. El 04 de julio 2012, el descubrimiento fue anunciado y 14 de marzo de 2013, el CERN (Consejo Europeo para la Investigación Nuclear) emitió un comunicado en el que afirmó que el nuevo bosón descubierto "parece cada vez más" a un bosón de Higgs, pero no está claro que es el bosón de Higgs del modelo estándar. | En 2011 y 2012, aproximadamente 1 015 colisiones se produjeron por experiencia (la experiencia es el término utilizado para nombrar a los observatorios de colisiones que son los detectores de partículas, Atlas, CMS, Alice y LHCb). Imagen: el bosón de Higgs, en la imagen ampliada. | ![]() Imagen: el campo de Higgs.![]() Imagen: la masa de una partícula. | ||
12 partículas de la materia | ||||
Ambos tipos de partículas de la naturaleza son fermiones y bosones. La materia que compone los objetos que nos rodea está hecho de fermiones. Los fermiones son partículas de espín 1/2 lleno, dicen asociales, en otras palabras, se niegan a reducir su espacio de vida, es por eso que la materia no es compresible y que podamos caminar en el suelo. Por contra, los bosones son partículas con espín entero, que son sociales. A ellos les gusta mezclar como la luz se mezcla con la luz, está compuesta de fotones que son bosones. | ![]() Imagen: Tabla de las partículas elementales del modelo Estándar, clasifica los fermiones, los 12 constituyentes de la materia (electrones, muones, neutrinos y quarks) y los bosones vectores de las interacciones (fuerzas). Los bosones vectores también son partículas que transportan las interacciones fundamentales. La generación de las partículas II y III tienen las mismas propiedades que la generación de partículas I, pero son mucho más pesadas. Inicialmente, al período del Big Bang, todas estas partículas coexistieron pero las partículas pesadas se han desintegrado en partículas ligeras. Hoy, no encontramos en la naturaleza, partículas pesadas de la generación II y III, sólo los colisionadores son capaces de generar las temporariamente. En este cuadro faltan antimateria desapareció en favor de partículas, cada partícula tiene su antipartícula. El Modelo Estándar no describe la interacción gravitatoria. | ![]() Imagen: Los tamaños de las partículas de material. El protón está formado de 2 quarks u y 1 quark d, la carga del protón, por tanto, es de +2/3 + 2/3 -1/3 es 1, mientras que el neutrón se forma de 2 quarks d y 1 quark u, la carga del neutrón, por lo tanto es -1/3 -1/3 +2/3 es 0. La fuerza electromagnética une los electrones al núcleo. Se permite que los átomos que forman las moléculas. Esta fuerza es sentida por los quarks y leptones cargados, ha degastado por los fotones.N.B.: Poder relativo (aproximado) de las interacciones. Si la fuerza fuerte es igual a 1, entonces la fuerza electromagnética es de 10-2, es decir, 100 veces menor, la fuerza débil es de 10-5, 10 000 veces más pequeña y la fuerza de la gravedad es de 10-40, es decir, insignificante. |