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Fisica. Termodinámica


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104 Respuesta(s) a este Tema

#21 Ge. Pe.

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Publicado el 27 enero 2007 - 03:28

CITA(Guest_JUAN_* @ Jan 27 2007, 11:50 AM) Ver Mensajes

QUE ES EL MOVIMIENTO LINEAL Y CURVIKINEO?


Baja esa pagina:

http://www.inaf.cl/m...uromuscular.pdf

y esta la pegas en el buscador, te da el documento en word, lo grabas y listo:

fisica.usach.cl/~ctoledo/medicina/apuntedinatrab2005.doc

#22 Ge. Pe.

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Publicado el 05 febrero 2007 - 09:30

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Investigacion y Ciencia 365 -FEBRERO 2007

Un nuevo kilogramo
Robinson, Ian


El objeto que define el kilogramo, la unidad fundamental de masa, se construyó hace más de un siglo. Debe sustituirlo un patrón más preciso y basado en una propiedad invariante de la naturaleza.

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Hoy que las técnicas envejecen con celeridad, resulta paradójico que las medidas de la masa (y de los fenómenos relacionados con ella, como la energía) dependan de un artefacto de 117 años de antigüedad guardado en las cámaras acorazadas de un pequeño laboratorio de las afueras de París, la Oficina Internacional de Pesas y Medidas. Según el Sistema Internacional de Unidades (SI), o "sistema métrico", el kilogramo es igual a la masa de este "prototipo internacional de kilogramo" (PIK), un cilindro de una aleación de platino e iridio, fabricado con gran precisión, de 39 milímetros de altura e igual diámetro.
El SI está administrado por la Conferencia General de Pesas y Medidas y el Comité Internacional de Pesas y Medidas. En los últimos decenios, la Conferencia ha redefinido otras unidades básicas del SI (las establecidas por convención y de las que se deducen las demás) para mejorar su precisión y mantenerlas acordes con el adelanto del conocimiento científico y técnico. Los patrones del metro y el segundo se basan ahora en fenómenos naturales. El metro se relaciona con la velocidad de la luz, mientras que el segundo está fundamentado en la frecuencia de las microondas emitidas por un determinado elemento en la transición entre dos de sus estados energéticos.
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#23 Ge. Pe.

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Publicado el 09 febrero 2007 - 06:48

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Investigación y Ciencia: 358 - JULIO 2006

Los primeros microsegundos
Riordan, Michael y Zajc, William A.


Experimentos recientes han reproducido las condiciones del universo naciente, con resultados inesperados.

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Durante los últimos cinco años, centenares de científicos han estado utilizando un nuevo y potente destructor de átomos, el Colisionador de Iones Pesados Relativistas (RHIC), en el Laboratorio Nacional de Brookhaven, para reproducir las condiciones que existieron en el inicio del universo. Ese acelerador hace chocar frontalmente dos haces de núcleos de oro que viajan próximos a la velocidad de la luz. Las colisiones resultantes entre esos pares de núcleos atómicos generan chorros extraordinariamente calientes y densos de materia y energía que simulan lo que sucedió durante los primeros microsegundos tras la gran explosión. Estas breves "pequeñas explosiones" ofrecen una imagen muy aproximada de instantes muy cercanos a la creación.

En esos primeros momentos, la materia era un caldo sumamente caliente y denso de quarks y gluones*, que vagaban a gran velocidad y chocaban entre sí al azar. Algunos electrones, fotones y otras partículas elementales ligeras sazonaban la sopa. Esta mezcla tenía una temperatura de billones de grados, más de 100.000 veces la del núcleo del Sol. Pero la temperatura descendió bruscamente a medida que el cosmos se expandía, igual que un gas ordinario de hoy cuando se expande rápidamente. Gracias al consiguiente frenado, empezó a haber uniones efímeras de quarks y gluones. Transcurridos unos 10 microsegundos, las interacciones fuertes que había entre ellos los ligaron permanentemente, quedando atrapados dentro de protones, neutrones y otras partículas que interaccionan fuertemente; a estas partículas compuestas se las llama "hadrones". Un cambio repentino en las características de un material recibe el nombre de transición de fase (como el agua líquida cuando se congela). La transición de fase cósmica que convirtió la mezcla original de quarks y gluones en los protones y neutrones actuales es de gran interés lo mismo para quienes quieren saber cómo adquirió el universo su estado actual, tan estructurado, que para quienes desean entender mejor las fuerzas fundamentales.
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Esto si que es para los fisicos

* ESTRUCTURA DEL NUCLEO ATOMICO

Fue en este siglo que se descubrieron las partículas subatómicas constituyentes del núcleo atómico, los que en conjunto se han denominado nucleones. Ellos fundamentalmente son los protones y los neutrones. En conjunto constituyen el 99.9% de la materia del mundo que nos rodea. Sólo el 0.1% está constituido por los electrones, que giran alrededor del núcleo.

Entre las décadas del 50 y 60 se descubrió que los protones y neutrones tenían además una estructura compleja. Básicamente estaban constituidos por quarks, de los cuales existen tres especies: los llamados quarks arriba, abajo y extraños. Un protón típico consiste de dos quarks arriba y un quark abajo. El neutrón en cambio, tiene un quark arriba y dos abajo. Muchas de las propiedades de los nucleones se derivan de las propiedades combinadas de sus quarks constituyentes. Así por ejemplo, la carga eléctrica de un protón corresponde exactamente a la suma algebraica de las cargas de los quarks:


+ 1 = 2/3 + 2/3 - 1/3


Comprobar la existencia de los quarks no fue fácil. Todos los esfuerzos por observarlos fallaron y muchos físicos llegaron a aceptar su existencia sólo por conveniencias matemáticas, sin considerar que fueran objetos reales que podían ser estudiados. Sin embargo, al finalizar la década del 60, en un trabajo colaborativo de físicos del Massachusetts Institute of Technology (MIT) y del Stanford Linear Accelerator Center (SLAC), pudieron obtener la primera evidencia de que los quarks sí eran objetos reales. En un acelerador hicieron pasar un rayo de electrones de alta energía a través de hidrógeno líquido. El hidrógeno tiene en su núcleo un solo protón, de modo que al usar el hidrógeno como objetivo y bombardearlo con un rayo de electrones, era como bombardear a un protón puro.

Observaron que durante el proceso, algunos electrones se esparcían como si hubiese pequeños puntos duros de carga dentro de los protones que los desviaban. Por ello concluyeron que los quarks eran objetos reales. Actualmente los físicos hacen esfuerzos por liberar los quarks de su prisión dentro del protón.

Hoy día sabemos que en los nucleones existe también una incesante danza de partículas evanescentes, que se mueven entre existir y no existir. Algunos de ellos son los gluones, las partículas responsables de la "fuerza fuerte". Los tres quarks que constituyen el nucleón (conocidos como quarks de valencia), intercambian gluones adelante y atrás, y el efecto que ejercen es como el de una fuerte goma que mantiene los quarks unidos. (Glue-balls, por Franck Close y Philip Page. Scientific American, Noviembre 1998).

Junto con los tres quarks de valencia y los gluones, existen también los quarks virtuales de vida corta y los antiquarks que se materializan y desaparecen en pares, contribuyendo todos ellos a dar las propiedades de los nucleones.

Una propiedad de enorme importancia es el "spin" (girar), que es una forma natural de momento angular. Todas las partículas que forman un núcleo tienen spin y en alguna forma los espines de todas ellas condicionan el spin total del nucleón. A primera vista los tres quarks modelos de un nucleón serían responsables de su spin. Pero dos quarks pueden tener un eje de spin opuesto por lo que se anulan, y sólo el spin del quark restante es el que produce el spin que se observa en el nucleón. Es muy probable que todos los gluones y los pares de quarks virtuales y antiquarks tengan spin, que sumados y restados, terminan en cero.

En: http://www.creces.cl...=3&nc=5&art=162
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#24 Ge. Pe.

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Publicado el 06 marzo 2007 - 03:58

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Esperamos que esto ayude... el merito es de:

http://www.solocienc...trica-autor.htm

Carga eléctrica - La estructura de la materia


1. Estructura atómica de la materia.
QUÉ es la materia? Según el diccionario, es "aquello que constituye la sustancia del universo físico". La Tierra, los mares, la brisa, el Sol, las estrellas, todo lo que el hombre contempla, toca o siente, es materia. También lo es el hombre mismo. La palabra materia deriva del latín mater, madre. La materia puede ser tan dura como el acero, tan adaptable como el agua, tan informe como el oxígeno del aire. A diferentes temperaturas puede presentar diferentes fases, pero cualquiera que sea su forma, está constituida por las mismas entidades básicas, los átomos.
Las radiaciones ionizantes y sus efectos también son procesos atómicos o nucleares.

2.- Partículas portadoras de cada clase de carga eléctrica:
a.- Carga positiva: PROTONES b.- Carga negativa: ELECTRONES

3.- żQué es un electrón libre?
Electrón, tipo de partícula elemental de carga negativa que forma parte de la familia de los leptones y que, junto con los protones y los neutrones, forma los átomos y las moléculas. Los electrones están presentes en todos los átomos y cuando son arrancados del átomo se llaman electrones libres.

4. Un átomo puede carga eléctrica positiva o negativa.
Un átomo eléctricamente neutro tiene el mismo número de protones que de electrones. Todo cuerpo material contiene gran número de átomos y su carga global es nula salvo si ha perdido o captado electrones, en cuyo caso posee carga neta positiva o negativa, respectivamente. Sin embargo, un cuerpo, aunque eléctricamente neutro, puede tener cargas eléctricas positivas en ciertas zonas y cargas positivas en otras.
En todo proceso, físico o químico, la carga total de un sistema de partículas se conserva. Es lo que se conoce como principio de conservación de la carga.
Las cargas eléctricas del mismo tipo interaccionan repeliéndose y las cargas de distinto tipo interaccionan atrayéndose. La magnitud de esta interacción viene dada por la ley de Coulomb.

5. Resistencia al flujo eléctrico
5.a.- Conductor eléctrico, cualquier material que ofrezca poca resistencia al flujo de electricidad.
5.b.- Aislante, cualquier material que conduce mal el calor o la electricidad y que se emplea para suprimir su flujo.
5.c.- Electrolitos: Desde el punto de vista Fisicoquímico los conductores más importantes son los del tipo electrolíticos, es decir los electrolitos; estos se distinguen de los conductores electrónicos, como los metales por el hecho de que el paso de una corriente eléctrica va acompańada por el transporte de materia.
Cuando pasa una corriente eléctrica a través de un conductor electrolito, el transporte de materia se manifiesta en las discontinuidades del sistema. Por ej., si en una disolución acuosa diluida en un ácido se sumergen dos alambres, preferentemente de platino, unidos a los 2 polos de una batería voltaica que actúa como fuente de corriente, se desprenden en los alambres burbujas de hidrogeno y oxigeno respectivamente, si la disolución electrolítica contuviera una sal de cobre o plata se liberaría el metal correspondiente en lugar de hidrogeno. Los fenómenos asociados con la electrólisis fueron estudiados por Faraday y la nomenclatura que utilizó y que se emplea todavía fue ideada por Whewell.
5.d.- Semiconductor, material sólido o líquido capaz de conducir la electricidad mejor que un aislante, pero peor que un metal. La conductividad eléctrica, que es la capacidad de conducir la corriente eléctrica cuando se aplica una diferencia de potencial, es una de las propiedades físicas más importantes. Ciertos metales, como el cobre, la plata y el aluminio son excelentes conductores. Por otro lado, ciertos aislantes como el diamante o el vidrio son muy malos conductores. A temperaturas muy bajas, los semiconductores puros se comportan como aislantes. Sometidos a altas temperaturas, mezclados con impurezas o en presencia de luz, la conductividad de los semiconductores puede aumentar de forma espectacular y llegar a alcanzar niveles cercanos a los de los metales. Las propiedades de los semiconductores se estudian en la física del estado sólido.

6. Interacciones electricas
1. żCómo interactúan dos cuerpos que tenga carga eléctrica de igual signo?
Se repelen
2.- ż Cómo interactúan dos cuerpos que tenga carga eléctrica de signos contrarios?
Se atraen
3.- żCómo se manifiesta la interacción entre dos cuerpos eléctricamente cargados?
Existe movimiento de electrones

Ley De Coulomb


1.- Ley de Coulomb.
Una manifestación habitual de la electricidad es la fuerza de atracción o repulsión entre dos cuerpos estacionarios que, de acuerdo con el principio de acción y reacción, ejercen la misma fuerza eléctrica uno sobre otro. La carga eléctrica de cada cuerpo puede medirse en culombios. La fuerza entre dos partículas con cargas q1 y q2 puede calcularse a partir de la ley de Coulomb
Según la cual la fuerza es proporcional al producto de las cargas dividido entre el cuadrado de la distancia que las separa. La constante de proporcionalidad K depende del medio que rodea a las cargas.

2.- Expresión matemática. La ley de Coulomb
Mediante una balanza de torsión, Coulomb encontró que la fuerza de atracción o repulsión entre dos cargas puntuales (cuerpos cargados cuyas dimensiones son despreciables comparadas con la distancia r que las separa) es inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa.
El valor de la constante de proporcionalidad depende de las unidades en las que se exprese F, q, q’ y r. En el Sistema Internacional de Unidades de Medida vale 9·10-9 Nm2/C2.
Obsérvese que la ley de Coulomb tiene la misma forma funcional que la ley de la Gravitación Universal
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#25 Ge. Pe.

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Publicado el 08 marzo 2007 - 09:22

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Carga eléctrica - żCómo se define un campo eléctrico?


El concepto físico de campo
Las cargas eléctricas no precisan de ningún medio material para ejercer su influencia sobre otras, de ahí que las fuerzas eléctricas sean consideradas fuerzas de acción a distancia. Cuando en la naturaleza se da una situación de este estilo, se recurre a la idea de campo para facilitar la descripción en términos físicos de la influencia que uno o más cuerpos ejercen sobre el espacio que les rodea.
La noción física de campo se corresponde con la de un espacio dotado de propiedades medibles. En el caso de que se trate de un campo de fuerzas éste viene a ser aquella región del espacio en donde se dejan sentir los efectos de fuerzas a distancia. Así, la influencia gravitatoria sobre el espacio que rodea la Tierra se hace visible cuando en cualquiera de sus puntos se sitúa, a modo de detector, un cuerpo de prueba y se mide su peso, es decir, la fuerza con que la Tierra lo atrae. Dicha influencia gravitatoria se conoce como campo gravitatorio terrestre. De un modo análogo la física introduce la noción de campo magnético y también la de campo eléctrico o electrostático.

El campo eléctrico
El campo eléctrico asociado a una carga aislada o a un conjunto de cargas es aquella región del espacio en donde se dejan sentir sus efectos. Así, si en un punto cualquiera del espacio en donde está definido un campo eléctrico se coloca una carga de prueba o carga testigo, se observará la aparición de fuerzas eléctricas, es decir, de atracciones o de repulsiones sobre ella.

żCómo se define el vector intensidad de campo eléctrico?
La fuerza eléctrica que en un punto cualquiera del campo se ejerce sobre la carga unidad positiva, tomada como elemento de comparación, recibe el nombre de intensidad del campo eléctrico y se representa por la letra E. Por tratarse de una fuerza la intensidad del campo eléctrico es una magnitud vectorial que viene definida por su módulo E y por su dirección y sentido. En lo que sigue se considerarán por separado ambos aspectos del campo E.

żCuál es su expresión matemática?
La expresión del módulo de la intensidad de campo E puede obtenerse fácilmente para el caso sencillo del campo eléctrico creado por una carga puntual Q sin más que combinar la ley de Coulomb con la definición de E. La fuerza que Q ejercería sobre una carga unidad positiva 1+ en un punto genérico P distante r de la carga central Q viene dada, de acuerdo con la ley de Coulomb, pero aquélla es precisamente la definición de E y, por tanto, ésta será también su expresión matemática

Puesto que se trata de una fuerza electrostática estará aplicada en P, dirigida a lo largo de la recta que une la carga central Q y el punto genérico P, en donde se sitúa la carga unidad, y su sentido será atractivo o repulsivo según Q sea negativa o positiva respectivamente.

Si la carga testigo es distinta de la unidad, es posible no obstante determinar el valor de la fuerza por unidad de carga en la forma:
Donde F es la fuerza calculada mediante la ley de Coulomb entre la carga central Q y la carga de prueba o testigo q empleada como elemento detector del campo. Es decir:
E=KQq/rŞ /=KQ/rŞ
expresión idéntica a la (9.2).

A partir del valor de E debido a Q en un punto P y de la carga q situada en él, es posible determinar la fuerza F en la forma
F = q · E (9.4)
Expresión que indica que la fuerza entre Q y q es igual a q veces el valor de la intensidad de campo E en el punto P.

Esta forma de describir las fuerzas del campo y su variación con la posición hace más sencillos los cálculos, particularmente cuando se ha de trabajar con campos debidos a muchas cargas.

La unidad de intensidad de campo E es el cociente entre la unidad de fuerza y la unidad de carga; en el SI equivale, por tanto, al newton (N)/coulomb ©.
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#26 Ge. Pe.

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Publicado el 09 marzo 2007 - 03:01

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Formas de cargar eléctricamente un cuerpo


A.- Electrizacion por contacto
Se puede cargar un cuerpo con sólo tocarlo con otro previamente cargado. En este caso, ambos quedan con el mismo tipo de carga, es decir, si toco un cuerpo neutro con otro con carga positiva, el primero también queda con carga positiva.

B.- Electrizacion por frotamiento
Al frotar dos cuerpos eléctricamente neutros (número de electrones = número de protones), ambos se cargan, uno con carga positiva y el otro con carga negativa.
Si frotas una barra de vidrio con un pańo de seda, hay un traspaso de electrones del vidrio a la seda.
Si frotas un lápiz de pasta con un pańo de lana, hay un traspaso de electrones del pańo a al lápiz.

C.- Electrizacion por inducción
Un cuerpo cargado eléctricamente puede atraer a otro cuerpo que está neutro. Cuando acercamos un cuerpo electrizado a un cuerpo neutro, se establece una interacción eléctrica entre las cargas del primero y el cuerpo neutro.

Como resultado de esta relación, la redistribución inicial se ve alterada: las cargas con signo opuesto a la carga del cuerpo electrizado se acercan a éste.

En este proceso de redistribución de cargas, la carga neta inicial no ha variado en el cuerpo neutro, pero en algunas zonas está cargado positivamente y en otras negativamente

Decimos entonces que aparecen cargas eléctricas inducidas. Entonces el cuerpo electrizado induce una carga con signo contrario en el cuerpo neutro y por lo tanto lo atrae.

En términos de movimiento de electrones, cuando...

A.- Un objeto con carga positiva se conecta a tierra:
Existe un flujo de electrones de tierra hasta la carga, carga neutra.

B.- Una esfera con carga negativa se pone en contacto con una neutra:
Existe un flujo de electrones de la carga hacia tierra.

C.- Una barra con carga positiva se acerca a una placa metálica neutra y aislada:
Se atraen los cuerpos.
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#27 Ge. Pe.

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Publicado el 11 marzo 2007 - 02:04

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Propiedades de la carga eléctrica:

A.- La carga está cuantizada: la carga de un cuerpo cargado siempre es un múltiplo entero de una carga elemental que corresponde a la carga del electrón.
Los electrones pueden desplazarse a través de ciertos cuerpos que reciben el nombre de conductores.

B.- La carga se conserva: al electrizar un cuerpo no se está creando carga, sólo se transmite carga (electrones) de un cuerpo a otro. La carga total siempre la permanece constante.

2. żCómo se define la unidad de carga eléctrica en el sistema MKS?

En amperios

3. żCuál es la unidad elemental de carga eléctrica?

La unidad con la cual se mide la carga eléctrica es el coulomb © en honor a Charles Coulomb.

Corresponde a la siguiente carga:

1 Coulomb = 6,25x10 18 electrones

Para cargas más pequeńas se usan los submúltiplos:
1 coulomb = 3x10 9 stat-coulomb (stc)
1 milicoulomb = 1mC = 0,001 C = 1x10 –3 C
1 microcoulomb = 1?C = 0,000001 C = 1x10 – 6 C
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#28 Ge. Pe.

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Publicado el 12 marzo 2007 - 11:37

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Teoría de partículas elementales


Autor = Federico Tejeiro [email protected]

Prefacio
Con estas páginas quiero esclarecer algunos conceptos de la Teoría de las Partículas Elementales, la idea surgió debido a que no existían muchos textos adecuados en castellano, y a la cantidad de desconocimiento que existe entre los interesados al hablar de quarks, fuerzas fundamentales, unificación,...

Se tratará la Teoría de las Partículas Elementales sin fórmulas matemáticas, sino más bien explicando el desarrollo histórico que se ha ido dando en esta teoría. Por ello, este texto no está orientado a ti si ya sabes lo que la electrodinámica cuántica, o la cromodinámica cuántica son; más bien está pensado para aquellos que recuerdan que la materia está formada por átomos, y lo recuerdan como algo muy lejano que fue necesario estudiar, y ahora quieres saber qué es un quark y de dónde surgieron, o a cuáles se las llaman las interacciones fundamentales.
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Introducción histórica de los constituyentes de la materia

Cada sustancia del universo, las piedras, el mar, nosotros mismos, los planetas y hasta las estrellas más lejanas, está enteramente formada por pequeńas partículas, que se pensaban que eran indivisibles, llamadas átomos. Son tan pequeńas que no son posible fotografiarlas. Para hacernos una idea de su tamańo, un punto de esta línea puede contener dos mil millones de átomos.

Por tanto, al adentrarnos en la materia nos damos cuenta de que está formada por átomos. Para comprender estos átomos, a lo largo de la historia diferentes científicos han enunciado una serie de teorías que nos ayudan a entender la complejidad de estas partículas.

A finales del siglo XVIII se descubren un gran número de elementos, pero éste no es el avance más notable sino que se produce cuando Lavoisier da una interpretación correcta al fenómeno de la combustión, indicando que se producía una unión con átmos de oxígeno.

Ya en el siglo XIX se establecen diferentes leyes de la combinación para formar sustancias y compuestos químicos , esto unido a la clasificación periódica de los elementos (1871) potencia el estudio de la constitución de los átomos. Es decir qué son y qué propiedades tienen. Todas estas leyes supusieron encontrar nuevas explicaciones a cómo la materia estaba constituida. Estas explicaciones son las que se van a ir indicando.

El químico y físico británico, John Dalton (1766-1844) creó una importante teoría atómica de la materia. En 1803 formuló la ley que lleva su nombre y que resume las leyes cuantitativas de la química (ley de la conservación de la masa, realizada por Lavoisier; ley de las proporciones definidas, realizada por Louis Proust; ley de las proporciones múltiples, realizada por él mismo). Su teoría, para explicar estas leyes que se cumplen en las reacciones químicas entonces conocidas, se puede resumir en:
Los elementos químicos están formados por partículas muy pequeńas e indivisibles llamadas átomos.
Todos los átomos de un elemento químico dado son idénticos en su masa y demás propiedades.
Los átomos de diferentes elementos químicos son distintos, en particular sus masas son diferentes.
Los átomos son indestructibles y retienen su identidad en los cambios químicos.
Los compuestos se forman cuando átomos de diferentes elementos se combinan entre sí, en una relación de números enteros sencilla, formando entidades definidas (hoy llamadas moléculas).

Para Dalton los átomos son esferitas sólidas que se unían para formar moléculas. Esto quería decir que un átomo de oxígeno más un átomo de hidrógeno daba un átomo o molécula de agua. La formación de agua a partir de oxígeno e hidrógeno supone la combinación de átomos de estos elementos para formar "moléculas" de agua. Dalton, equivocadamente, supuso que la molécula de agua contenía un átomo de oxígeno y otro de hidrógeno.

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#29 Ge. Pe.

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Publicado el 13 marzo 2007 - 11:08

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Introducción histórica de los constituyentes de la materia II.

A mediados del siglo XIX, unos ańos después de que Dalton enunciara su teoría, se desencadenó una serie de acontecimientos que fueron introduciendo modificaciones al modelo atómico inicial. De hecho, el mundo atómico es tan infinitamente pequeńo para nosotros que resulta muy difícil su conocimiento. Nos hallamos frente a él como si estuviésemos delante de una caja cerrada que no se pudiese abrir. Para conocer su contenido solamente podríamos proceder a manipular la caja (moverla en distintas direcciones, escuchar el ruido, pesarla...) y formular un modelo de acuerdo con nuestra experiencia. Este modelo sería válido hasta que nuevas experiencias nos indujeran a cambiarlo por otro. De la misma manera se ha ido construyendo el modelo atómico actual; de Dalton hasta nuestros días se han ido sucediendo diferentes experiencias que han llevado a la formulación de una serie de modelos invalidados sucesivamente a la luz de nuevos acontecimientos.

Thomson, sir Joseph John (1856-1940), físico británico, estableció otra teoría que respondía a las nuevas propiedades que se estaban encontrando en la materia, en concreto las propiedades eléctricas. Según el modelo atómico de Thomson el átomo consistía en una esfera uniforme de materia cargada positivamente en la que se hallaban incrustados los electrones, unas partículas que surgen de los tubos catódicos y que tienen carga eléctrica negativa, de un modo parecido a como lo están las semillas en una sandía. Este sencillo modelo explicaba el hecho de que la materia fuese eléctricamente neutra, pues en los átomos de Thomson la carga positiva era neutralizada por la negativa. Además los electrones podrían ser arrancados de la esfera si la energía en juego era suficientemente importante como sucedía en los tubos de descarga.

Sir Ernest Rutherford (1871-1937), famoso hombre de ciencia inglés que obtuvo el premio Nobel de química en 1919, realizó en 1911 una experiencia que supuso en paso adelante muy importante en el conocimiento del átomo.

La experiencia de Rutherford consistió en bombardear con partículas alfa una finísima lámina de oro. Las partículas alfa (que, aunque no lo sabía no son más que núcleos de Helio, es decir dos protones y dos neutrones unidos) atravesaban la lámina de oro y eran recogidas sobre una pantalla de sulfuro de cinc. La importancia del experimento estuvo en que mientras la mayoría de partículas atravesaban la lámina sin desviarse o siendo desviadas solamente en pequeńos ángulos, unas cuantas partículas eran dispersadas a ángulos grandes hasta 180ş. El hecho de que sólo unas pocas radiaciones sufriesen desviaciones hizo suponer que las cargas positivas que las desviaban estaban concentradas dentro de los átomos ocupando un espacio muy pequeńo en comparación a todo el tamańo atómico; esta parte del átomo con carga eléctrica positiva fue llamado núcleo.

Rutherford poseía información sobre el tamańo, masa y carga del núcleo, pero no tenía información alguna acerca de la distribución o posición de los electrones. En el modelo de Rutherford, el núcleo era el responsable de casi toda la masa del átomo y los electrones se movían alrededor del núcleo como los planetas alrededor del sol. Los electrones no caían en el núcleo, ya que la fuerza de atracción electrostática era contrarrestada por la tendencia del electrón a continuar moviéndose en línea recta, es decir la fuerza centrífuga debida a su movimiento circular. Este modelo fue satisfactorio hasta que se observó que estaba en contradicción con una información ya conocida en aquel momento: de acuerdo con las leyes del electromagnetismo, un electrón o todo objeto eléctricamente cargado que es acelerado o cuya dirección lineal es modificada, emite o absorbe radiación electromagnética.

El electrón del átomo de Rurherford modificaba su dirección lineal continuamente, ya que seguía una trayectoria circular. Por lo tanto, debería emitir radiación electromagnética y esta radiación causaría la disminución de la energía del electrón, que en consecuencia debería describir una trayectoria en espiral hasta caer en el núcleo.
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#30 Ge. Pe.

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Publicado el 14 marzo 2007 - 08:01

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Introducción histórica de los constituyentes de la materia III.


Esta contradicción en el modelo de Rutherford fue el germen para que, unos ańos más tarde, Niels Bohr (1885-1962), un físico danés, estableciera un nuevo modelo atómico. En el modelo atómico de Bohr se aplica por primera vez la hipótesis cuántica a la estructura atómica, a la vez que buscó una explicación a los espectros discontinuos de la luz emitida por los elementos gaseosos.

Este modelo implicaba los siguientes postulados:

1. El electrón tenía ciertos estados definidos estacionarios de movimiento (niveles de energía) que le eran permitidos; cada uno de estos estados estacionarios tenía una energía fija y definida.
2. Cuando un electrón estaba en uno de estos estados no irradiaba pero cuando cambiaba de estado absorbía o desprendía energía.
3. En cualquiera de estos estados, el electrón se movía siguiendo una órbita circular alrededor del núcleo.
4 Los estados de movimiento electrónico permitidos eran aquellos en los cuales el momento angular del electrón (m · v · r) era un múltiplo entero de h/2 · 3.14.


Vemos pues que Bohr aplicaba la hipótesis cuántica de Planck en 1900. Esta hipótesis cuántica nació para explicar la teoría ondulatoria electromagnética de la luz y se basa en suponer que un sistema mecánico no podía tener cualquier valor de la energía, sino solamente ciertos valores.

Aplicando esta hipótesis a la estructura electrónica de los átomos se resolvía la dificultad que presentaba el átomo de Rutherford. El electrón, al girar alrededor del núcleo, no iba perdiendo la energía, sino que se situaba en unos estados estacionarios de movimiento que tenían una energía fija. Un electrón sólo perdía o ganaba energía cuando saltaba de un estado (nivel) a otro. En condiciones normales los electrones de un átomo o ion se sitúan en los niveles de más baja energía. Cuando un átomo recibe suficiente energía, es posible que un electrón salte a un nivel superior a aquel en que se halla. Este proceso se llama excitación. Un electrón excitado se halla en un estado inestable y desciende a un nivel inferior, emitiendo una radiación cuya energía será igual a la diferencia de la que tienen los dos niveles.

El modelo de Bohr era muy similar al de Rutherford, pero conseguía salvar la inestabilidad recurriendo a la noción de cuantificación y junto con ella a la idea de que la física de los átomos debía ser diferente de la física clásica.

Hasta 1932 las únicas partículas subatómicas que se conocían eran las partículas alfa, el electrón y los protones (que estaban en el núcleo y tenían carga eléctrica positiva), pero en dicho ańo el físico inglés J. Chadwick descubrió el neutrón, y enseguida se vio que junto al protón constituyen los dos componentes esenciales del núcleo. Al protón y al neutrón se les llama nucleones y forman todos los núcleos de todos los elementos que se conocen, salvo el del hidrógeno, que está formado por un único protón.

Los elementos cuyos núcleos están formados por el mismo número de protones (número atómico o Z) son indistinguibles desde el punto de vista químico. Es decir, son el mismo elemento. A elementos iguales con diferente número de neutrones se les llaman isótopos, y al número de protones y de neutrones que tiene un núcleo se la llama número másico o A. Para los núcleos ligeros ocurre que el número de protones y de neutrones es el mismo, es decir A = 2 * Z, pero a medida que los núcleos son más pesados el número de neutrones aumenta más rápidamente que el de protones, A > 2 * Z. Estudiando los números atómicos y másico de cada núcleo conocido se encuentra una curva que define los núcleos estables, por el contrario aquéllos con un exceso o defecto de protones presentan una desintegración natural o radiactividad.

Fue a partir de entonces cuando, para asombro de los físicos, apareció una avalancha de nuevas partículas: en 1928 Dirac había elaborado una teoría del electrón que vaticinaba la existencia de un electrón de carga positiva al que llamó positrón, éste fue descubierto por Anderson en 1932; en 1930, Pauli había seńalado la necesidad de introducir una nueva partícula indistinguible, el neutrino, para mantener la conservación del momento lineal, ésta fue confirmada por Fermi en 1934; en 1934, y puesta de manifiesto empíricamente por Cowan y Reines en 1955; en 1935, estudiando la radiación cósmica encontró otra partícula, el mesón, con masa intermedia entre el electrón y el protón; A. Duperier, Lattes y muchos físicos más analizando los rayos cósmicos encontraron una gran variedad de nuevas partículas inestables y con vidas muy efímeras.
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Partículas Elementales


Podemos definir las partículas elementales como aquellas cuya estructura interna no podía ser descrita (en el estado actual del conocimiento) como una simple combinación de otras partículas.

Al introducir el estado de conocimiento que se tiene del mundo subatómico en la definición de las partículas elementales, hemos de tener en cuenta que éstas, al variar lo que sabemos del mundo atómico, cambian. Podemos, de hecho, distinguir (muy arbitrariamente) cuatro etapas en la historia de las partículas elementales.

En la primera de ellas, que terminó en 1932, seis partículas elementales fueron descubiertas, que son: el fotón, el electrón, el protón, el neutrón, el positrón y el neutrino (aunque el descubrimiento de éste último era sólo teóricamente).

La segunda etapa en la Física de las Partículas Elementales comenzó en 1935 cuando quedó claro que las partículas existentes no eran suficientes para explicar la naturaleza de las fuerzas nucleares, en concreto cómo coexistían los protones en el núcleo si debido a la carga eléctrica positiva que poseían debían repelerse (lo cual se explica introduciendo una nueva fuerza, la fuerza nuclear fuerte) y fenómenos derivados de la desintegración de núcleos, es decir la radiactividad natural y artificial (para ello se introdujo otra nueva fuerza llamada fuerza nuclear débil). La idea cuántica de una fuerza es suponer que, igual que dos esquiadores que se lanzan pelotas de nieve uno a otro se repelen, si decimos que entre dos partículas existe una fuerza, significa que existe un intercambio de partículas. Este razonamiento une la física de las Partículas con las fuerzas, interacciones o campos elementales. Además, durante este periodo se descubrieron nuevas partículas como son: los muones (1938) y los mesones (en 1947 los mesones cargados y en 1950 el mesón neutro).

La tercera fase comprende un vasto espacio de tiempo (1949-1964), a lo largo del cual extrańas partículas inestables fueron descubiertas, la existencia del neutrino electrónico y el neutrino muónico fueron confirmada experimentalmente. Muchas de estas partículas no existen en nuestro mundo observable ya que son muy inestables y tienen una vida media muy corta transmutándose en otras partículas pasado un tiempo, por eso se han encontrado únicamente en colisiones realizadas artificialmente (por ejemplo bombardeando núcleos con haces de neutrones que se les ha comunicado una gran velocidad con un acelerador) o también explorando la radiación cósmica procedente del espacio exterior.

Antes de comentar la cuarta etapa en la investigación de las partículas elementales, vamos a realizar una ordenación de las partículas existentes en aquellos momentos.

Las partículas elementales se subdividen comúnmente en cuatro tipos. A uno de ellos pertenece una sola partícula: el fotón. El segundo tipo le forman los leptones, el tercero los mesones, y finalmente, el cuarto tipo, los bariones. Los mesones y los bariones se unen usualmente en un tipo de partículas de interacción fuerte denominadas hadrones.

A continuación daremos una breve descripción de los tipos de partículas enumerados.

Los fotones (partículas o cuantos responsables del campo electromagnético), participan en las interacciones electromagnéticas, pero no poseen interacciones nuclerares fuertes ni débiles.

Los leptones recibieron su nombre de la palabra griega leptos, que significa ligeros. A estos pertenecen las partículas que no poseen interacción fuerte: los muones, los electrones, los neutrinos electrónicos, y las correspondientes antipartículas para cada una de estas partículas. Todos los leptones tienen un espín igual a 1/2 y por consiguiente, son fermiones (partículas de espín semientero que no pueden encontrarse en el mismo estado con los mismos números cuánticos) y poseen interacción débil. Aquellos que tienen carga eléctrica (o sea, los muones y los electrones) poseen también interacción electromagnética.

Los mesones son partículas inestables de interacción fuerte que carecen de la llamada carga bariónica. A este grupo pertenece los mesones pi o piones, los mesones K o kaones y el mesón eta. A diferencia de los leptones, los mesones poseen no sólo interacción débil (y electromagnética, si están cargados), sino también fuerte, la que se manifiesta durante la interacción de éstos entre sí y también con los bariones para formar hadrones. El espín de todos los mesones es igual a cero, de manera que todos ellos son bosones, que contrariamente a los fermiones, pueden acumularse en un estado.

Los bariones agrupan a los nucleones (protón, neutrón) y unas partículas inestables, que poseen mayor masa que la de los nucleones, denominados hiperones. Todos los bariones poseen interacción fuerte y, por consiguiente interaccionan activamente con los núcleos atómicos. El espín de todos los bariones es igual a 1/2, de forma que los mismos son fermiones. Salvo el protón todos los bariones son inestables. Desintegrándose junto con otras partículas dan obligatoriamente un barión.

Finalmente, realizado el estudio de las partículas existentes, indiquemos que la cuarta etapa en la investigación de las partículas elementales comenzó incluso antes de la finalización de la tercera (1961) y continua hasta nuestros días.

Se han acumulado tantas partículas llamadas elementales que han surgido serias dudas sobre su elementalidad. Con relación a esto, surgió la hipótesis de que todas las partículas están compuestas por tres partículas fundamentales, portadora de unas cargas que, combinadas pudieran responder a las de las partículas existentes. El primer modelo de esta clase fue propuesto por el físico japonés S. Sakata, el que consideraba como partículas fundamentales el protón, el neutrón y el hiperón. Esta última es una nueva partícula que fue predicha considerando las simetrías que se daban al ordenar las partículas subatómicas existentes entonces en diagramas bidimensionales con dos propiedades (o números cuánticos) de estas, así se llegó a la conclusión de que entre los grupos de partículas conocidas como hadrones (es decir uniones de mesones y bariones) se daba la simetría del octeto o simetría SU(3). Sin embargo, el esquema de Sakata resultó inaplicable al campo de las interacciones fuertes.

En el ańo 1963 Gell-Mann e independientemente el físico suizo Zweig propusieron una hipótesis, según la cual todas las partículas elementales están constituidas por tres partículas denominadas quarks, llegaron a esta conclusión teniendo en cuenta que la más simple representación de la simetría del grupo SU(3) se consigue con un triplete. A éstos se les asignan números cuánticos fraccionarios, en particular una carga eléctrica igual a +2/3, -1/3, +1/3 respectivamente para cada uno de los tres quarks. Éstos se representan por las letras u (de la palabra inglesa up, que significa hacia arriba), d (down, que significa hacia abajo), y s (strange, extrańo o sideways que significa lateral). Aparte de estos tres quarks, cada uno de ellos lleva asociado su antiquark correspondiente.
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#32 Ge. Pe.

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Publicado el 18 marzo 2007 - 01:09

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Las Fuerzas Fundamentales


Como hemos visto, el estudio de los componentes de la materia nos ha llevado también a introducir dos nuevas fuerzas en el campo de la Física. Hasta entonces, todo podía explicarse gracias al campo gravitatorio y al campo electromagnético, actualmente se consideran cuatro interacciones o fuerzas fundamentales, las cuales en orden descendente en intensidad son: fuerza nuclear fuerte, fuerza electromagnética, fuerza nuclear débil y fuerza gravitacional.

Para tener una idea de la magnitud relativa de estas fuerzas, supongamos que en una escala de intensidades, en la que la fuerza gravitatoria tuviese magnitud 1, la fuerza débil tendría un valor de 10+34 (un uno seguido de 34 ceros), la fuerza electromagnética tendría un valor de 10+37 (un uno seguido de 37 ceros) y la fuerza fuerte tendría un valor de 10+39 (un uno seguido de 39 ceros).

Igual que con las partículas, una fuerza es considerada como fundamental en función de lo que se conoce en ese momento. De esa manera puede entenderse cómo la unificación de las fuerzas eléctricas y magnéticas llevada a cabo por Maxwell redujo dos fuerzas (magnética y eléctrica) en una sola interacción: el campo electromagnético.

Para clarificar el ámbito de las fuerzas fundamentales mencionare el alcance de cada fuerza. La fuerza fuerte es la responsable de que los protones y los neutrones se mantengan unidos dentro del núcleo. Si no fuera por el dominio que ejerce la fuerza fuerte, la repulsión entre los protones haría inestable el núcleo; los protones se dispersarían y el núcleo no podría existir, por tanto su alcance es muy pequeńo (10-15 m). La fuerza fuerte o nuclear fuerte tiene un rango de acción ligeramente menor que el tamańo del núcleo, esto es: actúa solo sobre las partículas más vecinas. La fuerza electromagnética afecta a todas las partículas que poseen carga eléctrica y su alcance es infinito, la constante de interacción de esta fuerza es un número adimensional denominado constante de la estructura fina (de valor aproximado 1/137). Por su lado, la fuerza débil o nuclear débil actúa entre partículas elementales y es responsable de algunas reacciones nucleares. Por ejemplo, en la desintegración radiactiva de los núcleos que provoca su escisión en varios fragmentos, además la fuerza nuclear débil es importante en la velocidad de reacción de algunas reacciones nucleares que ocurren en estrellas como el sol (de hecho la vida media del sol está determinada por las características de esta fuerza), y en todos los procesos de interacción entre los neutrinos y la materia. Es una fuerza de corto alcance, 10-16m. Por último la fuerza gravitatoria es universal, a ella se someten todas las partículas elementales sin excepción, sin embargo debido a su poca magnitud no juega un papel importante en el micromundo.

Cuando se empieza a hablar de las fuerzas fundamentales es obligado hablar también de su unificación.

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#33 Ge. Pe.

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Publicado el 19 marzo 2007 - 12:48

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Las Fuerzas Fundamentales II


Newton en 1686 mostró que la gravedad celeste y la terrestre podían considerarse dentro de una misma teoría: la gravitación universal. Ésta fue la primera unificación. Newton explico cómo se comportan los cuerpos ante la gravedad, pero fue Einstein el primero que propuso un modelo teórico para explicar el origen de la gravedad. En la teoría de la relatividad general, las partículas siguen trayectorias rectilíneas siempre, de tal manera que la gravedad o campo gravitatorio, según el cual las partículas masivas "tuercen" su trayectoria es una consecuencia de la deformación del espacio-tiempo causada por la masa.

Aunque fueron Faraday y Oersted los primeros que observaron la relación de los fenómenos eléctricos y magnéticos, fue Maxwell quien en 1864 le dio una estructura formal a lo que ahora se conoce como teoría electromagnética. Ésta fue la segunda unificación. Existe una interesante simetría en las ecuaciones de Maxwell la cual sugiere que el hecho de la existencia de cargas eléctricas, "obliga" también la existencia de cargas magnéticas, es decir la carga eléctrica es a la vez responsable de los campos eléctricos y los campos magnéticos. Hay incluso varias investigaciones documentadas relacionadas con la búsqueda de estas cargas magnéticas, las cuales se denominan "el monopolo magnético."

Alrededor de 1968, Weinberg y Salam trabajando independientemente, mostraron la conexión que subyace entre la fuerza electromagnética y la fuerza nuclear débil. Esta tercer unificación dio lugar a la llamada fuerza electrodébil. Este enfoque se consiguió con la llamada Teoría Cuántica de Campos, que aplicada a las interacciones electromagnética y débil se denomina electrodinámica cuántica, en ella, tal y como se ha comentado anteriormente, se considera una interacción entre dos partículas como un intercambio de unas partículas especiales llamadas partículas o portadores de fuerza. Estas partículas de fuerza son bosones y podemos decir que la interacción electromagnética depende del intercambio de fotones, mientras que en la fuerza nuclear débil interviene el intercambio de dos tipos de bosones muy masivos llamados W y Z. Para la fuerza nuclear fuerte se postuló la existencia de una portador que actúa a un nivel más profundo, son los gluones, unos bosones que no tienen masa. La interacción fuerte queda así explicada con la teoría de la Cromodinámica Cuántica.

Debido a que la formulación de la Cromodinámica Cuántica y de la ElectroDinámica Cuántica es, en esencia la misma, parece plausible pensar que puede existir alguna unificación entre ambas, aunque de hecho aún no se ha encontrado.

De las cuatro fuerzas fundamentales, tenemos tres (que podrían ser dos si la unificación de la Teoría Cuántica de Campo y la Cromodinámica Cuántica se diera), de esta tres, aún no hemos podido saber si son la misma fuerza o tienen características diferentes. De ellas, la más complicada de introducir es la gravedad. Recordemos que el campo gravitatorio no se basa en el intercambio de partículas sino en la deformación del espaciotiempo; de todas maneras existen teorías cuánticas que pretenden unificar la gravedad postulando la partícula de intercambio, que aunque no está descubierta, se denominaría el gravitón.

Otra propuesta más a las unificaciones fue hecha en 1921 por un matemático alemán llamado Theodor Kaluza. Él mostró cómo, considerando 5 dimensiones, se puede obtener el electromagnetismo y la gravitación en una sola teoría. Al introducir las otras fuerzas fundamentales, la teoría no funciona correctamente, aunque existen estudios donde trabajando con más dimensiones se busca la ansiada unificación. Estas teorías no son teorías cuánticas al no introducir la idea de una interacción como un intercambio de partícula, en estas teorías las fuerzas se explican como una propiedad del espacio (tal y como sucede con la gravedad). Se denominan las teorías de las supercuerdas, que pretenden explicar toda la física mediante la introducción de unas diminutas cuerdas de materia muy densa, estas cuerdas son muy pequeńas, pues no tienen más de 10-35 m de largo. Todas las cuerdas son lazos donde los fermiones y los bosones, que son las partículas elementales asociadas a la materia y a las interacciones respectivamente, corresponden a ondas que viajan en la dirección de las manecillas del reloj para el caso de los fermiones y en dirección contraria en el caso de los bosones. En las teorías de supercuerdas; cada uno de los infinitos modos posibles de vibración, (armónicos y modos fundamentales de vibración), correspondería a una partícula diferente. Esto implica la existencia de un número infinito de partículas elementales. Todo esto es relativamente fácil de asimilar, ˇpero lo que no les he dicho es que estas cuerdas vibran en un espacio que tiene de 10 a 26 dimensiones!

La meta final de todas las unificaciones es encontrar una única fuerza que explique todas las interacciones que observamos en la naturaleza. Las teorías que describen el proceso de unificación de las fuerzas fundamentales se llaman 'teorías de supersimetrías. Pero hay que tener cuidado, ya que, como se ha dicho antes, una fuerza es considerada como fundamental según los conocimientos científicos existentes en ese momento.
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#34 Ge. Pe.

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Publicado el 21 marzo 2007 - 10:54

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El Modelo Estándar


Desde los ańos sesenta, los físicos han buscado una teoría para poner orden en el confuso mundo de las partículas. En la actualidad, las partículas se agrupan según la fuerza que domina sus interacciones, tal y como se indico en el epígrafe dos. Todas las partículas se ven afectadas por la gravedad, que sin embargo es extremadamente débil a escala subatómica. Los hadrones están sometidos a la fuerza nuclear fuerte y al electromagnetismo; además del neutrón y el protón, incluyen los hiperones y mesones. Los leptones "sienten" las fuerzas electromagnética y nuclear débil; incluyen el electrón, el muón, el tau, y los neutrinos asociados a cada uno de ellos. Las partículas que son responsables de las interacciones (como ya se ha comentado son siempre bosones) incluyen el fotón, que "transmite" la fuerza electromagnética, las partículas W y Z, portadoras de la fuerza nuclear débil, el gluón, portador de la fuerza nuclear fuerte, y el hipotético portador de la gravitación (gravitón). Además, los estudios con aceleradores han determinado que por cada partícula existe una antipartícula con la misma masa, cuya carga u otra propiedad electromagnética tiene signo opuesto a la de la partícula correspondiente. Con éstas se supone que se podrían formas átomos de lo denominado antimateria.

En 1963, los físicos estadounidenses Murray Gell-Mann y George Zweig propusieron la teoría de que los hadrones son en realidad combinaciones de otras partículas elementales llamadas quarks, cuyas interacciones son transmitidas por gluones, la partícula responsable de la interacción fuerte, y que consigue unir a los quarks para formar las partículas ya comentadas. Esta es la teoría subyacente de las investigaciones actuales, y se la suele denominar con el nombre de Modelo Estándar.

En la época en que el modelo de quarks fue propuesto, bastaban tres tipos de quarks: up, down y sideway o strange nombrados con las iniciales u, d, s; así como cuatro leptones: el electrón y el muon y sus compańeros neutrinos (neutrino electrónico y neutrino muónico). Las características de éstos se indican en forma de tabla más adelante.

Sin embargo diferentes avances realizados desde entonces han llevado a aumentar el número de partículas elementales.

Por una serie de consideraciones, en particular para eliminar la contradicción con el principio de Pauli, es decir que dos partículas que sean fermiones no pueden ocupar el mismo estado teniendo los mismos números cuánticos (o propiedades), fue introducido el concepto de color del quark. Debemos entender el color como una carga que, contrariamente a la carga eléctrica que sólo posee dos valores (positiva o negativa), en este caso existen tres cargas de color. Se indica, por tanto que cada quark puede existir en tres formas coloreadas: amarilla, azul y roja (seńalemos que la mezcla de estos colores da el color blanco nulo). De esta manera los quarks que forman el protón (up-up-down) tienen coloraciones diferentes y el principio de Pauli no se infringe. Para explicar la antimateria formada por el mismo tipo de antiquarks se les dio una carga de color o simplemente color complementario (anticolores), los que sumados con colores base dan colores nulos.
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#35 Ge. Pe.

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Publicado el 22 marzo 2007 - 03:08

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El Modelo Estándar II.


El descubrimiento de nuevas partículas en el acelerador lineal de Stanford en 1974 identificó un nuevo quark, denominado charmed, encanto o simplemente c. En el modelo de partículas formados por 4 quarks, propuesto anteriormente. Este difiere de los demás quarks por otro número cuántico que se hizo necesario introducir, el número cuántico C o encantamiento, cuyo valor es cero en el resto de quarks y 1 para el quark c y su antiquark. Además la masa del quark c fue cinco veces mayor que la del quark s. Las parejas up-down, y electrón-neutrino (electrónico) se denominaron por tanto la primera generación, a su vez la segunda generación, que da lugar a partículas más inestables, está formada por los quarks strange-charmed y los leptones muon-neutrino (muónico).

Para la explicación de las propiedades de otra nueva partícula descubierta en el ańo 1976 en los laboratorios del acelerador lineal de Fermi, fue necesario introducir un quinto quark que recibió la designación b (de bottom , inferior o beauty, hermoso). Este quinto quark tiene una masa tres veces mayor que la del quark c. Ese mismo ańo, en el Acelerador Lineal de Stanford se encontró otro par de leptones: el tau y su neutrino.

Teóricamente se pronosticaba la existencia de un sexto quark que se representa por la letra t (de top, superior o true, verdadero), la base de esta suposición estaba en consideraciones simétricas, de esta manera tendríamos una tercera generación de quarks. Hasta 1995 no había ninguna evidencia experimental que apoyara la existencia de este quark. Sin embargo en Marzo de 1995 en el laboratorio Fermi se encontró que el quark t existe. Este quark pesa 35 veces lo que pesa el quark b.
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#36 Ge. Pe.

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Publicado el 24 marzo 2007 - 02:33

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(Si la lectura es incompresible por sus simbolos, se debe a la transcripcion literal del articulo)

Modelos Estandard III.


Por tanto tenemos las siguientes partículas elementales:

---------
! Up ! Charmed ! Top !
Quarks ! ! ! !
! Down ! Strange ! Bottom !
---------
! Neutrino (el) ! Neutrino (mu) ! Neutrino (tau) !
Lepton ! ! ! !
! Electrón ! Muon ! Tau !
----------
I Generacion II Generación III Generación
Junto a los siguientes portadores de las fuerzas:
Fuerte Electromagnética Débil Gravitatoria
----
Gluon (g) Fotón (gamma) bosones de Vector gravitón? (?)
Intermedio (W, Z)
Teniendo el número de quarks que completa el Modelo Estándar, así como los portadores de partículas, vamos a indicar las propiedades o números cuánticos que tienen éstos:
Tipo de Carga Número Espín Extrańeza Charm Color
quark (Masa GeV) Eléctrica Bariónico
-----
! ! ! ! ! !
u (anti u) ! + (-) 2/3 ! + (-) 1/3 ! 1/2 ! 0 ! 0 ! Amarillo,
0.3 ! ! ! ! ! ! Azul o Rojo
-----
! ! ! ! ! ! (Violeta,
d (anti d) ! - (+) 1/3 ! + (-) 1/3 ! 1/2 ! 0 ! 0 ! anaranjado
0.3 ! ! ! ! ! ! o verde)
-----
! ! ! ! ! !
s (anti s) ! - (+) 1/3 ! + (-) 1/3 ! 1/2 ! - (+) 1 ! 0 !
0.5 ! ! ! ! ! !
-----
! ! ! ! ! !
c (anti c) ! + (-) 2/3 ! + (-) 1/3 ! 1/2 ! 0 ! 1 !
1.5 ! ! ! ! ! !
-----
! ! ! ! ! !
b (anti b) ! - (+) 1/3 ! + (-) 1/3 ! 1/2 ! 0 ! 0 !
4.5 ! ! ! ! ! !
-----
! ! ! ! ! !
t (anti t) ! + (-) 2/3 ! + (-) 1/3 ! 1/2 ! 0 ! 0 !
175 ! ! ! ! ! !
-----

La explicación de toda partícula se hace con la unión de estos quarks, y la interacción se realiza con el intercambio de los bosones portadores de las fuerzas. Por ejemplo un neutrón está formado por dos quark down y un quark up, estos se mantienen unidos gracias a un intercambio mutuo de gluones, viendo las propiedades de los quarks tenemos las características del neutrón, (carga eléctrica nula, y masa aproximada de 930 MeV). Análogamente sucede con el protón (dos quarks up y un quark down).

Acabo así la introducción a lo que se conoce de la Física de las Partículas Elementales actualmente, sin embargo los estudios en este campo son muy extensos y quiero decir que lo leído puede estar anticuado o incluso ser falso si otra teoría la ha sustituido.

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Cuestiones pendientes de la Física de Partículas


La física de las partículas ha dado respuestas a cuestiones que hasta hace poco se consideraban irresolubles, pero ha abierto otros interrogantes.

El estudio de las partículas y de las fuerzas fundamentales lleva al estudio del espaciotiempo. En las teorías de las supercuerdas se hablan de espaciotiempo de más de 4 dimensiones, żdónde se hallan?, żpor qué no se han desarrollado como sí lo han hecho las cuatro dimensiones espaciotemporales de nuestro Universo?

Al observar las estrellas percibimos materia, żdónde se halla la antimateria? żpor qué la naturaleza no ha sido simétrica al crear la materia y la antimateria?

El Modelo Estándar predice la existencia de una masiva partícula escalar llamada bosón de Higgs, la cual, todavía, no ha sido posible observar experimentalmente, żdónde se encuentra dicho bosón?, żes realmente el responsable de la masa de las partículas? Además, en el modelo estándar tenemos tres generaciones de quarks, pero el mundo estable, el mundo que observamos está constituido exclusivamente con los quarks de la primera generación, żpor qué esa asimetría?, żson necesarias las restantes generaciones? Y aún más, por razonamientos simétricos y basándonos en el SU(3) siempre deberá existir un múltiplo de tres para las generaciones de quarks, es decir que nos bastarían los seis quarks que ya existen, pero żexisten más quarks?,żson necesarias más generaciones de quarks?

Las Teorías de la Gran Unificación (GTU) han aclarado la dinámica del universo primitivo, pero mientras no exista una teoría totalmente unificada (que incluya la gravedad) no se podrá describir el origen del universo. Al imaginar que retrocedemos en el tiempo hasta el universo muy primitivo, la temperatura y la energía de interacción de partículas cuánticas pueden aumentar sin límite de modo de que llegará un momento en que se penetre en la escala de distancias de Planck. El problema de la gravedad cuántica se plantea inevitablemente si queremos aclarar el origen del universo.

El Modelo Estándar es una teoría que, hasta ahora, se ha comportado bastante bien desde el punto de vista experimental. Se trata de una teoría consistente; sin embargo, más de una "arbitrariedad" ha sido necesario aceptar, entre ellas la crítica más sólida resulta ser que tiene diecisiete parámetros libres, como por ejemplo, las constantes de acoplamiento, el espectro de masa fermiónica, etc... El valor de estos parámetros los toma la teoría de datos experimentales, pero los orígenes y la explicación de lo que significan y de su valor no son fáciles de entender teóricamente.

Aún queda un amplio camino para llegar a entender a la Naturaleza, aún así confío en que todo, y digo TODO, podrá ser comprendido por los físicos en el futuro. Y quizás en un futuro muy próximo.
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Bibliografía

Aparte de un gran cantidad de documentación, principalmente en inglés, que se encuentra en la red (entre ellos destaco monografías.com y lafacu.com), para la elaboración de este documento se han utilizado revistas científicas (Scientific American y Physics Review), y varios libros siendo los más utilizados: Curso de Física General (tomo 3) de I.V. Savéliev, Experimental Nuclear Physics (volumen I y II) de K.N. Mukhin, Electrodinámica Cuántica de A.A. Sokolov, Curso de Física Teórica de Landau, Quantum field Theory de Mandel, La Creación de P.W. Atkins, Claves ciertas de G.Feinberg, y Los primeros tres minutos de S. Weinberg.

Por último quisiera indicaros que el conocimiento y la información que no se divulga, ˇse pudre en el cerebro! La red está aquí para poder comunicaros. Os animo a que publiquéis trabajos y a que los hagáis accesible al mayor número de personas posibles (y si son del tercer mundo mucho mejor). Espero que os haya gustado y si queréis hacerme un comentario:

Autor Federico Tejeiro [email protected]
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#37 Ge. Pe.

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Publicado el 28 marzo 2007 - 06:23

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La gravedad sí es una fuerza


La gravedad estática, que es la responsable del fenómeno universal de atracción entre los cuerpos, para Newton y los cuánticos es una fuerza mientras que para Einstein no.

Autor: Alfonso León Guillén

1. La gravedad

Para Newton la gravedad es un caso particular de la fuerza que al actuar sobre la masa inercial de un cuerpo lo acelera. La fuerza de gravedad, que al menos obra entre dos cuerpos, actúa sobre sus masas gravitacionales instantánea y a distancia, en un espacio tridimensional plano absoluto e independiente de un tiempo absoluto uniforme y hace que los cuerpos aceleren hacia cada otro.

Para los físicos cuánticos la gravedad es la fuerza de interacción, entre cuerpos, que actúa a través del campo gravitatorio estático, compuesto de gravitones virtuales, emitidos de su masa-energía y viajan cerrados a c.

En la Relatividad General la inercia, del espacio plano, se generaliza al espaciotiempo curvo. Así, los cuerpos, bajo la acción de un campo gravitatorio estático, sin gravitones y velocidad, inercialmente se mueven, con aceleración uniforme, dentro de las geodesias de la curvatura del espaciotiempo de una región local, que los tiende a unir en su centro de masas.

2. La ley de la inercia

La principal ley de la Física Clásica de Galilei-Newton es la inercia, la cual postula que un cuerpo aislado en ausencia de fuerzas mantendrá su estado de reposo relativo o su estado relativo de movimiento uniforme rectilíneo. La inercia vale siempre para el espaciotiempo plano. El Universo se considera plano para un espacio absolutamente vacío, que físicamente no existe, puesto que el vacío está siempre repleto de campos. Y cuasi plano, que es el físico, dentro de una región local y en ella dentro de lapsos infinitesimales, en que la masa-energía y la velocidad tiendan a cero.

En la relatividad Especial el espaciotiempo se representa por el continuo de Minkowski, 4-M, el cual es plano igual que el de Euclides pero está definido, de tal forma, que la velocidad de la luz es constante para todo observador y la velocidad c es infranqueable, mientras, que la velocidad en el de Euclides puede tender a infinito. Un sistema inercial es definido en un espaciotiempo continuo, a cambio del espacio absoluto newtoniano y está limitado a velocidades bajo c.

En la Relatividad General, a causa del principio de equivalencia entre las masas inercial y gravitacional, todo sistema acelerado se considera como un sistema inercial aunque situado en un campo gravitatorio. Asimismo se toma todo punto o región de un campo gravitacional como un espacio en movimiento acelerado. Entonces, los ejes de coordenadas del 4-M se hacen curvos, según la geometría de Riemann, que se basa en la esfera. El resultado es el continuo espaciotiempo de Lorentz. La diferencia entre un continuo de Riemann es que su espacio tangente es euclídeo mientras que en el continuo de Lorentz el espacio tangente es 4-M. Así, en la Relatividad General el espaciotiempo de una región local es curvo de Lorentz y, por tanto, dentro de cada lapso infinitesimal de la curva de Riemann el espaciotiempo es 4-M y la velocidad bajo c. Un sistema inercial es definido como un sistema en caída libre de acuerdo con el campo gravitacional local que es debido a toda la materia del universo.

3. La equivalencia entre masa inercial y masa gravitacional

La idea de la Relatividad Especial que en sistemas inerciales el movimiento distorsiona el espaciotiempo en función a la velocidad sin que se pueda sobrepasar c, Einstein la generalizo a sistemas gravitatorios, por la equivalencia entre masa inercial y masa gravitatoria, de donde resulta que la materia distorsiona el espaciotiempo y éste determina como se mueve la materia. También, esta equivalencia le permitió a Einstein encontrar que dentro de un lapso infinitesimal de una región local es imposible distinguir entre gravitación e inercia y entre gravitación y aceleración.

La principal consecuencia es que los cuerpos sobre los cuales sólo obra la gravitación se mueven en caída libre, que es un movimiento uniformemente acelerado, y que todos los cuerpos de un sistema sujeto sólo a la gravitación se comportan dentro de cada lapso infinitesimal, de manera equivalente a un sistema inercial, debido a que en estos lapsos el espaciotiempo es plano, y a que a causa de la equivalencia entre masa inercial y masa gravitatoria todos los cuerpos en caída libre están animados de una velocidad uniforme que produce que entre ellos todos se encuentren en reposo. La otra consecuencia es que un sistema de referencia sometido a una aceleración constante, igual en magnitud y en dirección opuesta a la aceleración que experimentan los cuerpos en caída libre, siempre es equivalente a un sistema sujeto a la gravedad.

Las ecuaciones de "caída libre" de la Relatividad General establecen que el movimiento sigue las trayectorias dentro de las cónicas circulares, elípticas o hiperbólicas que Newton explica a partir de la fuerza de gravedad. Y, que la curvatura del espaciotiempo causa que los cuerpos en "caída libre" se estiren en la dirección vertical y aplasten según el eje horizontal, a ambos lados de la vertical, con lo que también se explica la llamada "fuerza de marea". Pero las ecuaciones no explican porque ocurre la "caída libre" sino que ésta se asume como el movimiento natural de los cuerpos cuando la materia curva el espaciotiempo.

4. La "caída libre" de los cuerpos no se explica en la Relatividad General

Antes de Tom Van Flandern no se objeta dicha situación natural de "caída libre". El autor a partir de la reflexión de Tom que sería la curvatura del espaciotiempo la que debería explicar la "caída libre", encuentra que la Relatividad General como generalización de la teoría del movimiento inercial, cuando se pasa del espaciotiempo plano al espaciotiempo curvo, no determina la razón de índole física para que se suspenda la ley de la inercia que establece que un cuerpo conservará su estado.

El supuesto de la Relatividad General que un cuerpo abandonado en un espaciotiempo curvo naturalmente permanece en "caída libre" viola el principio de la relatividad de Galileo que establece que todo cambio del estado de un cuerpo será a causa de una fuerza. Es cierto que el cambio entre el movimiento rectilíneo uniforme al de "caída libre" parece que es un efecto geométrico puesto que al restablecer el espaciotiempo plano desde el curvo se recupera el estado de movimiento rectilíneo, pero crucialmente tal posibilidad no existe para el estado de reposo. La relatividad de Einstein, nacida a partir de la conservación de este principio de Galileo, como puede contradecirlo por vía de suponer el estado natural de la "caída libre"? Qué provoca que un cuerpo en estado de reposo o movimiento rectilíneo uniforme cuando pasa de un espacio euclídeo a un espaciotiempo de Einstein adquiera el movimiento de "caída libre"?. La respuesta, como dice Tom, sería la curvatura. ¿Cómo una curvatura geométrica puede provocar ese cambio?. Otra cosa es si tal curvatura es material puesto que en todo punto de la curvatura circular se ejercería una fuerza constante y equidistante en la dirección del centro de masas.

5. Es necesario reentender la equivalencia entre las masas inercial y gravitacional


La profunda razón de la equivalencia entre las masas inercial y gravitacional no es otra que la del nexo entre lo general y lo particular existente en la realidad. Pero, la física clásica no entendió que la fuerza gravitatoria es sólo un caso particular de la fuerza en general y, por tanto, necesariamente la masa gravitacional equivale a la masa inercial, en cuanto ambas masas resultan del cociente entre la fuerza aplicada a un cuerpo y la aceleración provocada en su estado relativo de movimiento y no un simple accidente o casualidad. Tampoco se entiende como esta equivalencia se considere como "un profundo y significativo hecho de la física del mundo" y sirva precisamente para que la Relatividad General la formule como el principio fuerte de equivalencia, las ecuaciones del campo de Einstein son su personificación y Einstein afirme que la gravedad no es una fuerza sino el efecto geométrico del espaciotiempo.

6. Aceleración igual campo gravitacional, un resultado matemático y no ontológico

La expresión: masa inercial * aceleración = masa gravitacional * intensidad del campo gravitacional, debido a la igualdad entre ambas masas, permite deducir aceleración = intensidad del campo gravitacional y ha Einstein inducir el "principio de equivalencia fuerte" según el cual intrínsecamente el "espaciotiempo en una región con un campo gravitacional es la misma cosa como el espaciotiempo en una región sin un campo gravitacional", en razón a que "si se toman lapsos infinitesimales de un espaciotiempo curvo y uno plano, ellos son la misma cosa" lo que implica "la identidad intrínseca entre las aceleraciones cinemática y gravitacional" que hace posible "una interpretación puramente geométrica de la gravedad". Así, la gravedad a cambio de causa de la aceleración es la propia aceleración y la aceleración gravitacional es propiedad de la geometría del espaciotiempo, resultado matemático y no ontológico puesto que tanto la masa como la fuerza siguen físicamente presentes.

Seguro fue por esta exasperante razón ontológica que a Einstein le resulto pedante, la conclusión, esa sí llena de significado, de un físico que: "La aceleración de la caída de un cuerpo aumenta proporcionalmente a su masa de gravitación y disminuye en igual proporción a su masa de inercia", precisamente el fundamento que la aceleración gravitacional es la misma para todo cuerpo con independencia de la magnitud de su masa pero no de la existencia de la masa ni, tampoco de la fuerza, puesto que es precisamente la acción simultánea de la misma fuerza gravitacional, en cualidad y magnitud, aunque aplicada en direcciones opuestas, de un determinado campo gravitacional, sobre las masas inercial y gravitacional de un cuerpo que produce la mutua anulación de estas masas en su aceleración gravitacional.

7. La gravedad es una fuerza

El autor descubre que esta presencia ontológica es manifiesta cuando la caída libre termina por el encuentro del cuerpo que cae, por ejemplo, con la superficie de la tierra. Entonces, de acuerdo con la tercera ley de Newton, a toda acción ejercida por una fuerza sobre un cuerpo corresponde en cada instante una reacción producida por una fuerza igual y de sentido contrario. La reacción a la gravedad del cuerpo que cae y la superficie de la tierra que lo detiene, es el peso del cuerpo. Esta fuerza de reacción, en que se basa la equivalencia entre las masas inercial y gravitacional de un cuerpo, determina que la gravedad es una fuerza y no propiedad geométrica del espaciotiempo. Pero, ¡en la Relatividad General la ausencia de fuerza que sería la gravedad causa la aparición de una fuerza que es el peso y precisamente en ella se sustenta que la gravedad no es una fuerza!.
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En: La Flecha. http://laflecha.net/...-es-una-fuerza/
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#38 Ge. Pe.

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Publicado el 05 abril 2007 - 06:35

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Apuntes y problemas de Fisica. "Guia PSU" Un aporte en la Red.

http://www.guiapsu.c...s.php?materia=f
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#39 Ge. Pe.

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Publicado el 25 abril 2007 - 03:49

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Dos enlaces INDISPENSABLES, el primero ya lo habiamos dado, el segundo, se los damos ahora....


http://www.hverdugo.cl/index.htm

http://www.profisica.cl/

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#40 Ge. Pe.

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Publicado el 05 mayo 2007 - 01:31

LOS "HITS" EN LOS 8 AÑOS DEL HUBBLE... UNA MIRADA AL CIELO....



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