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Las partículas y sus propiedades

Autor por Emilio Silvera    ~    Archivo Clasificado en Física    ~    Comentarios Comments (9)

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Las propiedades de las partículas

Las partículas elementales, como todos bien sabéis, están repartidas por familias y grupos que, desde los Quarks y los Leptones pasando por los Hadrones (Bariones y Mesones), conforman la materia que podemos ver, la que emite radiación y forman desde estrellas y mundos hasta seres vivos como nosotros.

Una propiedad digna de mención de todas estas partículas pequeñas es que pueden rotar alrededor de un eje, igual que las bolas de tenis o de billar pueden tener espín; pero hay una diferencia importante entre estas partículas y las bolas de tenis o billar. El espín (o, con más precisión, el momento angular, que es aproximadamente la masa por el radio por la velocidad de rotación) se puede medir como un múltiplo de la Constante de Planck dividido por 2π. Medido en esta unidad y de acuerdo con la mecánica cuántica, el espín de cualquier objeto tiene que ser o un  entero o un entero más un medio. El espín total de cada tipo de partículas –aunque no la dirección del mismo- es fijo.

El electrón por ejemplo, tiene espín ½. Esto lo descubrieron dos estudiantes holandeses. Samuel Goudsmit (1902-1978) y George Uhlenbeck (1900-1988), que escribieron sus tesis conjuntamente sobre este problema en 1927. Fue una idea audaz que partículas más pequeñas como los electrones pudieran tener espín y, de hecho, bastante grande. Al principio, la idea fue recibida con escepticismo porque la “superficie del electrón” se tendría que mover con una velocidad 137 veces mayor que la de la luz. Hoy día, tales objeciones son sencillamente ignoradas porque no existe tal superficie de un electrón.

Los fotones y los neutrinos, al ser partículas sin masa, comparten la propiedad de que su eje de rotación es siempre paralelo a la dirección del movimiento, mientras que otras partículas rotan en direcciones arbitrarias. Siempre será difícil describir el espín con palabras sencillas. La mecánica cuántica hace imposible definir con precisión la dirección del eje de rotación, excepto para los dos casos mencionados. Sin embargo, para objetos grandes que rotan con velocidades altas, la dirección de rotación puede tener un significado más preciso.

Las partículas con espín entero se llaman “Bosones” y las que tienen espín entero más un medio se llaman “Fermiones”. Así, si miramos una tabla de partículas, comprobamos que los Leptones y los Bariones son fermiones, y que los Mesones y los Fotones son Bosones. En muchos aspectos, los fermiones se comportan de manera diferente de los Bosones. Los fermiones tienen una propiedad de que cada uno de ellos requiere su propio espacio: dos fermiones del mismo tipo no pueden estar en el mismo punto, y su movimiento está regido por ecuaciones tales que se evitan los unos a los otros. Curiosamente no se necesita ninguna fuerza para conseguir esto. De hecho, la fuerza entre los fermiones puede ser atractiva o repulsiva. El fenómeno por el cual cada fermión tiene que estar en un “estado” diferente se conoce como el Principio de exclusión de Pauli.

Cada átomo está rodeado por una nube de electrones, que son fermiones (espín ½). Si dos átomos se aproximan entre sí, los electrones se mueven de tal manera que las dos nubes se evitan una a otra, dando como resultado una fuerza repulsiva. Cuando alguno de nosotros aplaudimos, notamos que las manos no se traspasan la una a través de la otra. Esto es debido al principio de exclusión de Pauli para los electrones de nuestras manos.

En contraste con el individualismo de los fermiones, los Bosones se comportan colectivamente y les gusta colocarse todos en el mismo lugar. Un láser por ejemplo, produce un haz de luz en el cual muchísimos fotones llevan la misma longitud de onda y dirección de movimiento. Esto es posible porque los fotones son Bosones. Volveremos a encontrarnos con este carácter colectivo de las partículas con espín entero más adelante.

Hay otra regla de juego que nuestra familia de partículas elementales debe obedecer: cada partícula tiene su correspondiente antipartícula. Las partículas tienen el mismo espín y la misma masa que sus antipartículas, pero las cargas eléctricas y los números cuánticos B y L, son opuestos. Igual que los números llamados S (“extrañeza”) Ι₃ (“isoespín”) son todas opuestas. Por ejemplo, π+ y π- son antipartículas una de la otra, igual que Κ+y K¯. Por otra parte, Σ+ Y Σ- no son antipartículas entre sí (ambas tienen B=1 y sus masas tampoco son idénticas). Las partículas πº,  y el fotón, son excepciones a esta regla en el sentido de que son idénticas a sus propias antipartículas.

Igual que ocurre con las plantas y los animales los tipos de partículas observados fueron clasificados en especies y familias, además del fotón tenemos leptones y Hadrones, y estos últimos (como digo al principio) se subdividen en mesones y bariones. Esta ordenación se basa en las diferentes clases de interacciones que se dan entre las partículas. Las tres clases de “interacciones” que encontraremos son: la “interacción fuerte”, la “interacción electromagnética”, y la “interacción débil”. Debo añadir que cuando hablamos de una “interacción” no nos referimos necesariamente a algo que modifique el movimiento de las partículas, sino a lo que hace que las partículas se alteren de alguna manera unas a otras, incluyendo el caso en el que intercambien su propia identidad. Las partículas pueden interaccionar entre sí a distancia, pero esto sucede porque intercambian una partícula a modo de mensajero. Estos mensajeros son los llamados “mediadores” de la interacción.

Debo admitir que ahora todo esto debe de sonar bastante misterioso. En términos matemáticos se puede describir mejor, un lamento que será frecuente, porque lo que he tratado de describir no son más que las consecuencias de un sistema de ecuaciones matemáticas. En su conjunto, las ecuaciones tienen mucho más sentido que mis palabras.

Habréis notado que no me he querido parar a describir los miembros de las distintas familias: Quarks, Leptones, Hadrones (Bariones y Mesones), así como los Bosones y los fermiones indicando, de manera detallada, sus nombres y respectivas masas, espines y demás propiedades, ya que, tal empresa, es lo que hizo decir a Fermi: “Si llego a saber que las partículas forman un auténtico zoológico, mejor me hubiera metido a botánico”.

Para finalizar el apunte, tengo que Aclarar que ésta pequeña reseña se ha puesto a solicitud del profesor de un Instituto de Segundo Grado que, quería exponer el tema a sus alumnos y, me pidió esta colaboración.

Aquí se la dejo amigo, y, perdone si no he podido introducir más sencillez en la explicación que, como justifico por ahí arriba, está sacada de las ecuaciones matemáticas que es el verdadero lenguaje de la Física y, cuando hacemos la traducción al lenguaje ordinario, alguna esencia se pierde por el camino.

De todas las maneras, espero que le sea útil y quedo a su entera disposición para otras lecciones que a los chicos pueda interesar.

De la charla prometida para hablar de las Nebulosas y las Estrellas, será cuando ambos podamos acoplar nuestros respectivos compromisos y buscar el hueco adecuado. Si es posible, será un sábado por la mañana que a todos nos vendrá bien y, además, tendremos más tiempo para el coloquio posterior.

Ha sido un placer.

emilio silvera

 

  1. 1
    TierraEstates
    el 20 de agosto del 2010 a las 15:41

    Gracias por la info

    Responder
  2. 2
    emilio silvera
    el 21 de agosto del 2010 a las 10:03

    De nada amigo, ha sido un placer. 

    Responder
  3. 3
    vladimir
    el 17 de octubre del 2010 a las 21:21

    garcias realmente gracias sos un genio de la fisica cuantica amigo.

    Responder
  4. 4
    emilio silvera
    el 18 de octubre del 2010 a las 10:04

    Simplemente nos limitamos a exponer lo que descubrieron otros.

    No dejes de pasar por aquí, siempre se aprende alguna cosa de interes.

    Un saludo.

    Responder
  5. 5
    re magin lopez
    el 10 de mayo del 2011 a las 18:40

    hey vos es un muy bueno en esto gracias

    Responder
  6. 6
    maria jose
    el 14 de marzo del 2015 a las 0:48

    me ayudaste mucho gracias
     

    Responder
  7. 7
    maria jose
    el 14 de marzo del 2015 a las 0:50

    de nada es para mi tarea

    Responder
  8. 8
    fandila
    el 25 de noviembre del 2016 a las 20:38

    Realmente, no sabemos, o al menos yo, cómo se estructura un rayo de luz.
    Un rayo de luz normal no es lo mismo que un rayo laser. En éste es de suponer que todos los fotones van en sincronía paralela.
    Ciertamente que el spin de los bosones es entero, lo que significa, más o menos, que la partícula globalmente no va dando bandazos en su giro y conserva interiormente sus campos. Es por eso que se da la distribución Bose-Einstein para ciertas condiciones de temperatura. ¿Pero cual será la temperatura “cuantica” dentro de una transparencia?
    En esta distribución particular (B-E), se supone que los fotones puedan superponerse unos con otros sin perder sus características, como ondas que son. Pero, por más que se superpongan, el espacio ocupado será mayor que el de un solo fotón (¿?).
    Incluso en esa distribución, no todos pasarán directamente por según donde, por muy transparente que sea el medio. Habrá abandonos y desviaciones en la trayectoria común, y algunas pérdidas por choques no elásticos, pues el choque elástico ideal no existe. Será por eso que la luz normal es mucho menos penetrante que el laser.
    Es por eso, por lo que decía en un comentario más actual, que los fotones individuales son una cosa y un rayo de luz otra.
     

    Responder
  9. 8.1
    emilio silvera
    el 24 de septiembre del 2014 a las 3:47

    Amigo mío, lo que comenta es cuestión del Administrador del lugar que, si pasa por aquí y lee su comentario, le contestará dándole una explicación experta. Por mi parte, que simplemente me limito a escribir y poner los temas del días, sólo me queda darle las gracias por su visita.
    Saludos.

    Responder

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