{"id":2956,"date":"2009-11-21T12:25:57","date_gmt":"2009-11-21T10:25:57","guid":{"rendered":"http:\/\/www.emiliosilveravazquez.com\/blog\/?p=2956"},"modified":"2009-11-21T13:42:52","modified_gmt":"2009-11-21T11:42:52","slug":"particulas-elementales","status":"publish","type":"post","link":"http:\/\/www.emiliosilveravazquez.com\/blog\/2009\/11\/21\/particulas-elementales\/","title":{"rendered":"Part\u00edculas elementales"},"content":{"rendered":"

Constituyentes fundamentales de toda la materia del universo. Hasta el descubrimiento del electr\u00f3n<\/a> por J. J. Thomson en 1897 se pensaba que los \u00e1tomos eran los constituyentes fundamentales de la materia. Este hallazgo, junto con el de Rutherford del n\u00facleo at\u00f3mico y del prot\u00f3n<\/a> en 1911, hizo evidente que los \u00e1tomos no eran elementales, en el sentido de que tienen estructura interna. Es descubrimiento de Chadwick del neutr\u00f3n<\/a> en 1932 complet\u00f3 el modelo at\u00f3mico basado en un n\u00facleo at\u00f3mico consistente en protones<\/a> y neutrones<\/a> rodeados de un n\u00famero suficiente de electrones<\/a> como para equilibrar la carga nuclear. Sin embargo, no explicaba la gran estabilidad del n\u00facleo, que claramente no pod\u00eda mantenerse unido por una interacci\u00f3n electromagn\u00e9tica, pues el neutr\u00f3n<\/a> no tiene carga el\u00e9ctrica.<\/p>\n

En 1935, Yukawa sugiri\u00f3 que la fuerza de intercambio que lo manten\u00eda junto estaba mediada por part\u00edculas de vida corta, llamados mesones<\/a>, que saltaban de un prot\u00f3n<\/a> a un neutr\u00f3n<\/a> y hacia atr\u00e1s de nuevo. Este concepto dio lugar al descubrimiento de las interacciones fuertes y de las interacciones d\u00e9biles, dando un total de cuatro interacciones fundamentales (como antes hemos descrito). Tambi\u00e9n dio lugar al descubrimiento de unas 200 part\u00edculas \u201celementales\u201d de vida corta, algunas de las cuales eran claramente m\u00e1s elementales que las otras. En la clasificaci\u00f3n actual existen dos clases principales de part\u00edculas:<\/p>\n

    \n
  1. Leptones<\/span>: electr\u00f3n<\/a>, mu\u00f3n<\/a>, tau<\/a>, neutrino<\/a> electr\u00f3nico, mu\u00f3nico y tau<\/a>. Interaccionan electromagn\u00e9ticamente y tambi\u00e9n con la fuerza nuclear d\u00e9bil<\/a>. Estas part\u00edculas no tienen estructura interna aparente.<\/li>\n
  2. Hadrones<\/span>: (bariones<\/a> y mesones<\/a>). Los bariones<\/a> son los nucleones<\/a> como el prot\u00f3n<\/a>, neutr\u00f3n<\/a>, etc. Los mesones<\/a> son los piones<\/a>, kaones<\/a>, etc. Interaccionan con la fuerza nuclear fuerte<\/a> y tienen una estructura interna compleja.<\/li>\n<\/ol>\n

    La estructura hadr\u00f3nica est\u00e1 basada ahora en el concepto de Murray Gell-Mann de quark<\/a>, introducido en 1964. En este modelo, los hadrones<\/a> se dividen en bariones<\/a> (que se desintegran en protones<\/a>) y mesones<\/a> (que se desintegran en leptones<\/a> y fotones<\/a>). Los bariones<\/a> a su vez est\u00e1n formados por tres quarks<\/a>, y los mesones<\/a> por dos (un quark<\/a> y un antiquark). En la teor\u00eda quark<\/a>, por tanto, las \u00fanicas part\u00edculas realmente elementales son los leptones<\/a> y los quarks<\/a>.<\/p>\n

    Al contrario que los electrones<\/a> y protones<\/a>, que poseen cargas exactamente iguales en valor absoluto, pero de signos opuestos, los quarks<\/a> tienen cargas que son fracciones de la carga electr\u00f3nica (+2\/3 \u00f3 -1\/3 de la carga electr\u00f3nica).<\/p>\n

    La nomenclatura para describir los quarks<\/a> existentes es la siguiente: up<\/em> (u), down<\/em> (d), charmed<\/em> (c), strange<\/em> (s), top<\/em> (t) y bottom<\/em> (b).<\/p>\n

    <\/p>\n

    El prot\u00f3n<\/a>, siendo un bari\u00f3n<\/a>, est\u00e1 constituido por tres quarks<\/a>: dos quarks<\/a> up y un quark<\/a> down (uud<\/em>); y el neutr\u00f3n<\/a> por udd<\/em>. Todos los quarks<\/a> tienen su antiquark que se denota con una raya encima de la letra que corresponda a cada uno. Por ejemplo, de un quark<\/a> up u<\/em>, su antiquark .<\/p>\n

    Con el fin de evitar conflictos con el principio de exclusi\u00f3n<\/a> de Pauli, se ha probado que es necesario a\u00f1adir el concepto de carga de color a los seis sabores de quarks<\/a> (el concepto \u201csabor\u201d aqu\u00ed no tiene nada que ver con el gusto). Por su complejidad para el no iniciado, dejaremos aqu\u00ed el problema de los sabores y colores de los quarks<\/a> que aparecen\u00a0 en los tres colores primarios, rojo, verde y azul. El uso de la palabra \u201ccolor\u201d en este contexto es por analog\u00eda con los colores visuales y no significa que las part\u00edculas est\u00e9s coloreadas. La teor\u00eda que gobierna estas combinaciones de sabores y colores est\u00e1 basada en la electrodin\u00e1mica cu\u00e1ntica y se llama cromodin\u00e1mica cu\u00e1ntica<\/a>.<\/p>\n

    Las interacciones fuertes entre quarks<\/a> se pueden entender por el intercambio de ocho part\u00edculas sin carga y sin masa en reposo, llamadas gluones<\/a><\/em> (glue<\/em>, pegamento en ingl\u00e9s) que mantienen juntos a los quarks<\/a> impidiendo que se puedan separar, en realidad se mantienen en una regi\u00f3n R \u2248 hc\/\u039b \u2248 10-13 cm<\/sup><\/em>, y la fuerza que se crea crece con la distancia; a m\u00e1s separaci\u00f3n de los quarks<\/a>, m\u00e1s aumenta la fuerza para impedirlo.<\/p>\n

    Aunque los gluones<\/a>, como los fotones<\/a> que realizan una funci\u00f3n similar entre los leptones<\/a>, no tienen carga el\u00e9ctrica, s\u00ed que tienen una carga de color.<\/p>\n

    La teor\u00eda de quark<\/a> completamente elaborada est\u00e1 ahora bien establecida por evidencias experimentales, pero como ni los quarks<\/a> ni los gluones<\/a> han sido identificados nunca en experimentos, la teor\u00eda no se puede decir que haya sido directamente verificada. Los quarks<\/a> individuales pueden tener la curiosa propiedad de ser mucho m\u00e1s masivos que los hadrones<\/a> que usualmente forman (debido a la enorme energ\u00eda potencial que tendr\u00edan cuando se separan), y algunos te\u00f3ricos creen que es, en consecuencia, imposible desde un punto de vista fundamental que existan aislados. Sin embargo, algunos experimentos han anunciado resultados consistentes en la presencia de cargas fraccionarias, que tendr\u00edan los quarks<\/a> no ligados.<\/p>\n

    Llegados a este punto, tenemos que volver sobre nuestros pasos hacia las mol\u00e9culas y los \u00e1tomos para comentar propiedades y principios que ser\u00e1 necesario tener en cuenta para comprender de lo que estamos hablando.<\/p>\n

    En el mundo de los seres vivos, por ejemplo, la escala o tama\u00f1o crea importantes diferencias. En muchos aspectos, la anatom\u00eda de un rat\u00f3n es una copia de la de un elefante, pero mientras que un rat\u00f3n puede trepar por una pared pr\u00e1cticamente vertical sin mucha dificultad (y se puede caer desde una altura varias veces mayor que su propio tama\u00f1o sin hacerse da\u00f1o), un elefante no ser\u00eda capaz de realizar tal haza\u00f1a. Con bastante generalidad se puede afirmar que los efectos de la gravedad son menos importantes cuanto menores sean los objetos que consideremos (sean vivos o inanimados).<\/p>\n

    Cuando llegamos a los seres unicelulares, se ve que para ellos no hay distinci\u00f3n entre arriba y abajo. Para ellos, la tensi\u00f3n superficial del agua es mucho m\u00e1s importante que la fuerza de la gravedad a esa escala.<\/p>\n

    La tensi\u00f3n superficial es una consecuencia de que todas las mol\u00e9culas y los \u00e1tomos se atraen unos a otros con una fuerza que nosotros llamamos de Van der Waals. Esta fuerza tiene un alcance muy corto; para ser precisos, diremos que la intensidad de esta fuerza a una distancia r<\/em> es aproximadamente 1\/r7<\/sup>.<\/em> Esto significa que si se reduce la distancia entre dos \u00e1tomos a la mitad de la fuerza de Van der Waals<\/a> con la que se atraen uno a otro se hace 2 \u00d7 2 \u00d7 2 \u00d7 2 \u00d7 2 \u00d7 2 \u00d7 2 = 128 veces m\u00e1s intensa. Cuando los \u00e1tomos y las mol\u00e9culas se acercan mucho unos a otros quedan unidos muy fuertemente a trav\u00e9s de esta fuerza. El conocimiento de esta fuerza se debe a Johannes Diderik Van der Waals (1837 \u2013 1923) con su tesis sobre la continuidad del estado l\u00edquido y gaseoso que le har\u00eda famoso, ya que en esa \u00e9poca (1873), la existencia de las mol\u00e9culas y los \u00e1tomos no estaba completamente aceptada.<\/p>\n

    El famoso f\u00edsico ingl\u00e9s James Clerk Maxwell, que formul\u00f3 la teor\u00eda del electromagnetismo de Faraday, qued\u00f3 muy impresionado por este trabajo de Van der Waals.<\/p>\n

    Los tama\u00f1os de los seres uniceculares, animales y vegetales, se miden en micr\u00f3metros o \u201cmicras\u201d, donde 1 micra es 1\/1.000 de mil\u00edmetro, aproximadamente el tama\u00f1o de los detalles m\u00e1s peque\u00f1os que se pueden observar con un microscopio ordinario. El mundo de los microbios es fascinante, pero no es el objeto de este trabajo, y continuaremos el viaje emprendido hacia las part\u00edculas elementales que forman n\u00facleos, \u00e1tomos, c\u00e9lulas y materia, as\u00ed como las fuerzas que intervienen en las interacciones fundamentales del universo y que afecta a todo lo que existe.<\/p>\n

    Hemos hablado del electr\u00f3n<\/a> que rodea el n\u00facleo, de su carga el\u00e9ctrica negativa que complementa la positiva de los protones<\/a> y hace estable al \u00e1tomo; tiene una masa de solamente 1\/1.836 de la del n\u00facleo m\u00e1s ligero (el del hidr\u00f3geno). La importancia del electr\u00f3n<\/a> es vital en el universo.<\/p>\n

    Pero busquemos los \u201ccuantos\u201d. La f\u00edsica del siglo XX empez\u00f3 exactamente en el a\u00f1o 1900, cuando el f\u00edsico alem\u00e1n Max Planck propuso una posible soluci\u00f3n a un problema que hab\u00eda estado intrigando a los f\u00edsicos durante a\u00f1os. Es el problema de la luz que emiten los cuerpos calentados a una cierta temperatura, y tambi\u00e9n la radiaci\u00f3n infrarroja emitida, con menor intensidad, por los objetos m\u00e1s fr\u00edos (radiaci\u00f3n de cuerpo negro).<\/p>\n

    Estaba bien aceptado entonces que esta radiaci\u00f3n ten\u00eda un origen electromagn\u00e9tico y que se conoc\u00edan las leyes de la naturaleza que reg\u00edan estas ondas electromagn\u00e9ticas. Tambi\u00e9n se conoc\u00edan las leyes para el fr\u00edo y el calor, la as\u00ed llamada \u201ctermodin\u00e1mica\u201d, o al menos eso parec\u00eda. Pero si utilizamos las leyes de la termodin\u00e1mica para calcular la intensidad de una radiaci\u00f3n, el resultado no tiene ning\u00fan sentido. Los c\u00e1lculos nos dicen que se emitir\u00eda una cantidad infinita de radiaci\u00f3n en el ultravioleta m\u00e1s lejano y, desde luego, esto no es lo que sucede. Lo que se observa es que la intensidad de la radiaci\u00f3n muestra un pico a una cierta longitud de onda caracter\u00edstica, y que la intensidad disminuye tanto para longitudes mayores como para menores. Esta longitud de onda caracter\u00edstica es inversamente proporcional a la temperatura absoluta de objeto radiante (la temperatura absoluta se define por una escala de temperatura que empieza a 273\u00ba bajo cero). Cuando a 1.000\u00ba C un objeto se pone al \u201crojo vivo\u201d, el objeto est\u00e1 radiando en la zona de luz visible.<\/p>\n

    Lo que Planck propuso fue simplemente que la radiaci\u00f3n s\u00f3lo pod\u00eda ser emitida en paquetes de un tama\u00f1o dado. La cantidad de energ\u00eda de uno de esos paquetes, o cuantos<\/em>, es inversamente proporcional a la longitud de onda, y por tanto, proporcional a la frecuencia de radiaci\u00f3n emitida. La f\u00f3rmula es E = h\u03bd<\/em>, donde E<\/em> es la energ\u00eda del paquete, \u03bd<\/em> es la frecuencia y h<\/em> es una nueva constante fundamental de la naturaleza, la constante de Planck<\/a>. Cuando Planck calcul\u00f3 la intensidad de la radiaci\u00f3n t\u00e9rmica imponiendo esta nueva condici\u00f3n, el resultado coincidi\u00f3 perfectamente con las observaciones.<\/p>\n

    emilio silvera<\/em><\/p>\n

    \r\n\t\t\r\n\t\t
    <\/a><\/span><\/a><\/span><\/a><\/span><\/a><\/span><\/a><\/span><\/a><\/span><\/a><\/span><\/a><\/span><\/a><\/span>hotmail correo<\/a><\/span><\/a><\/span><\/a><\/span><\/a><\/span><\/a><\/span><\/a><\/span><\/a><\/span>[?]<\/a><\/span><\/td><\/tr><\/table><\/div>","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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