{"id":4593,"date":"2011-01-17T08:29:27","date_gmt":"2011-01-17T06:29:27","guid":{"rendered":"http:\/\/www.emiliosilveravazquez.com\/blog\/?p=4593"},"modified":"2011-01-17T09:42:40","modified_gmt":"2011-01-17T07:42:40","slug":"particulas-bellas-de-materia-y-antimateria","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.emiliosilveravazquez.com\/blog\/2011\/01\/17\/particulas-bellas-de-materia-y-antimateria\/","title":{"rendered":"Part\u00edculas “bellas” de materia y antimateria"},"content":{"rendered":"

As\u00ed se titula un magnifico art\u00edculo de Don Alberto Ruiz Jimeno, miembro del Grupo de Altas Energ\u00edas del Instituto de F\u00edsica Moderna Universidad de Cantabria y Jefe del Grupo de Altas Energ\u00edas. En \u00e9l nos dice que: Nuevos bariones<\/a> constituidos por tres Quarks, como los protones<\/a>, pero conteniendo el quarks<\/a> b (“belleza”) han sido observado en el experimento CDF del Acelerador del Tevatr\u00f3n de protones<\/a> y antiprotones. Por otra parte (nos dice), se ha observado por primera vez la oscilaci\u00f3n de los mesones<\/a> B, entre materia y antimateria. Dado que el art\u00edculo puede tener un alto inter\u00e9s para ustedes, he cre\u00eddo positivo transcribirlo aqu\u00ed para gozo del personal que, con estos nuevos conocimientos (como me pas\u00f3 a m\u00ed), podr\u00e1n aumentar los suyos.<\/p>\n

La f\u00edsica de part\u00edculas elementales tiene por objeto el estudio de los constituyentes m\u00e1s elementales de la materia y de las fuerzas fundamentales que rigen su comportamiento. La din\u00e1mica de estos bloques fundamentales viene formulada por la mec\u00e1nica cu\u00e1ntica relativista.<\/p>\n

El denominado Modelo Est\u00e1ndar establece que los bloques elementales de la materia tienen un momento magn\u00e9tico intr\u00ednseco (sp\u00edn) de valor \u00bd, denomin\u00e1ndose fermiones<\/a> por verificar las leyes de la estad\u00edstica cu\u00e1ntica que formularon Fermi<\/a> y Dirac a comienzos del siglo XX. A su vez, las fuerzas fundamentales vienen determinadas por el intercambio de cuantos de energ\u00eda, con spin 1 (salvo el hipot\u00e9tico gravit\u00f3n<\/a> que tendr\u00eda spin 2), llamado bosones<\/a> al verificar las leyes estad\u00edsticas cu\u00e1ntica establecidas por Bose y Einstein<\/a>, en el mismo siglo XX.<\/p>\n

Los Bosones de interacci\u00f3n son el fot\u00f3n<\/a>, causante de la interacci\u00f3n electromagn\u00e9tica; los bosones<\/a> vectoriales W+<\/sup>, W–<\/sup> y Z0<\/sup>, causantes de la interacci\u00f3n nuclear d\u00e9bil; los ocho tipos de Gluones que confinan a los Quarks en hadrones<\/a> (como el prot\u00f3n<\/a> o el neutr\u00f3n<\/a>) a causa de la interacci\u00f3n fuerte nuclear, y el gravit\u00f3n<\/a> u onda gravitacional que explicar\u00eda la interacci\u00f3n gravitatoria. La fuerza gravitacional<\/a> es despreciable a escala subat\u00f3mica, pero es la dominante a grandes escalas. Su portador a\u00fan no ha sido observado; de hecho, su existencia requerir\u00eda una teor\u00eda cu\u00e1ntica de la gravitaci\u00f3n, que a\u00fan no ha sido formulada.<\/span><\/p>\n

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Los fermiones<\/a> de materia se denominan quarks<\/a> o leptones<\/a>, siendo los primeros los que est\u00e1n sometidos a los cuatro tipos de interacciones y los segundos los que no est\u00e1n sometidos a la interacci\u00f3n nuclear fuerte; en cualquiera de los casos, la interacci\u00f3n electromagn\u00e9tica solo afecta a las part\u00edculas que poseen carga el\u00e9ctrica y la interacci\u00f3n gravitatoria a las que poseen masa.<\/p>\n

Los quarks<\/a> son de seis tipos o sabores, \u00a0as\u00ed como los leptones<\/a>. Unos y otros se clasifican en familias o generaciones, siendo la m\u00e1s ligera la constituida por los quarks<\/a> y los leptones<\/a> electr\u00f3n<\/a> y neutrino<\/a> electr\u00f3nico. Los nucleones<\/a>, prot\u00f3n<\/a> y neutr\u00f3n<\/a>, tienen la estructura de quarks<\/a>, respectivamente uud y udd. Los \u00e1tomos tienen un n\u00facleo interno constituido por nucleones<\/a> y electrones<\/a> orbitando en torno al mismo.<\/p>\n

El resto de quarks<\/a> y leptones<\/a> constituyen materia ex\u00f3tica, siendo producidos en los aceleradores de part\u00edculas y en la radiaci\u00f3n c\u00f3smica, pero formaban parte de la materia original del Universo primitivo. Los quarks<\/a> pueden tener, adem\u00e1s, tres tipos de carga fuerte o “color”.<\/p>\n

Adem\u00e1s existen otros doce sabores correspondientes a la antimateria, en forma de anti-quarks y anti-leptones<\/a>, con las mismas masas que los quarks<\/a> y leptones<\/a> correspondientes, pero con sus cargas invertidas. No se ha observado antimateria en el Universo actual, pero el Universo primigenio ten\u00eda igual cantidad de materia que de antimateria. Toda la antimateria actual es producida en los choques de part\u00edculas aceleradas, como consecuencia de la transformaci\u00f3n de energ\u00eda en pares materia-antimateria.<\/p>\n

La ecuaci\u00f3n cu\u00e1ntica relativista que gobierna el comportamiento de los fermiones<\/a> es la ecuaci\u00f3n de Dirac, debida al famoso f\u00edsico ingl\u00e9s. Las soluciones de dicha ecuaci\u00f3n incluyen las denominadas part\u00edculas de antimateria, que poseen la misma masa que la part\u00edcula correspondiente, pero tienen todas sus “cargas” internas, como la carga el\u00e9ctrica, con el signo opuesto. As\u00ed por cada quark<\/a> tenemos un antiquark y por cada lept\u00f3n<\/a> un antilept\u00f3n<\/a>. Cuando un fermi\u00f3n<\/a> y su correspondiente antifermi\u00f3n<\/a> se encuentran se aniquilan mutuamente, convirti\u00e9ndose en energ\u00eda y, a la viceversa, si tenemos energ\u00eda superior a la suma de las masas de fermi\u00f3n<\/a> y antifermi\u00f3n<\/a>, puede convertirse en un par fermi\u00f3n<\/a>-antifermi\u00f3n<\/a>.<\/p>\n

La historia de la F\u00edsica de Part\u00edculas debe mucho al descubrimiento de los rayos c\u00f3smicos, realizada por el f\u00edsico austr\u00edaco Francis Hess, en 1912, y apodados como tales por el f\u00edsico americano Robert Millikan, en 1925. Los experimentos de Hess, utilizando globos aerost\u00e1ticos, concluyeron que la cantidad de radiaci\u00f3n crec\u00eda por encima de los 2000 metros de altura y la fuente de los mismos eran el Sol y otras fuentes procedentes del firmamento.<\/p>\n

A partir de esa fecha y hasta mediados del siglo XX, gracias a los experimentos con rayos c\u00f3smicos, el n\u00famero de tipos diferentes de part\u00edculas observadas, que previamente se reduc\u00edan al prot\u00f3n<\/a> y el electr\u00f3n<\/a>, se multiplic\u00f3, cre\u00e1ndose un aut\u00e9ntico caos que oblig\u00f3 a pensar en esquemas de clasificaci\u00f3n de las mismas.<\/p>\n

En 1947, los f\u00edsicos del Laboratorio Lawrence Berkeley, de California, construyeron el primer gran acelerador, un ciclotr\u00f3n, comenzando la era de los grandes aceleradores de part\u00edculas, que continuaron descubriendo nuevos tipos de las mismas, de modo que, en 1960, hab\u00eda cientos de tipos de part\u00edculas observadas, sin que hubiera, a\u00fan, un esquema de clasificaci\u00f3n adecuado. Este fue desarrollado durante la d\u00e9cada de 1960, en la que el an\u00e1lisis de las colisiones de part\u00edculas, y las propiedades de los diferentes tipos de interacci\u00f3n observadas, establecieron la base para la construcci\u00f3n del Modelo Est\u00e1ndar.<\/p>\n

Las leyes que rigen el comportamiento de las interacciones fundamentales y sus propiedades de simetr\u00eda permitieron establecer un marco de clasificaci\u00f3n de los hadrones<\/a> (part\u00edculas compuestas por quarks<\/a>, como es el caso del prot\u00f3n<\/a>) que pueden ser de dos tipos: Bariones, si en su constituci\u00f3n tenemos tres quarks<\/a>, o mesones<\/a>, si si est\u00e1n constituidos de un quark<\/a> y un antiquark.<\/p>\n

En realidad, la din\u00e1mica de los hadrones<\/a> est\u00e1 determinada, esencialmente, por la interacci\u00f3n nuclear fuerte, de modo que los quarks<\/a> constituyentes son los quarks<\/a> de “valencia”, en analog\u00eda con los electrones<\/a> de valencia de los \u00e1tomos (los que fijan sus propiedasdes qu\u00edmicas). En la din\u00e1mica de la interacci\u00f3n fuerte nuclear hay un continuo intercambio de Gluones entre los quarks<\/a> y reacciones de producci\u00f3n y aniliquilaci\u00f3n de quarks<\/a> y antiquarks mediante Gluones.<\/p>\n

Esta din\u00e1mica es debida a la existencia de una propiedad intr\u00ednseca de los quarks<\/a> que denominamos “color”, que es intercambiada en las reacciones de Quarks y Gluones. Los hadrones<\/a> son, \u00a0globalmente, \u00a0neutros de color (como los \u00e1tomos son neutros de carga el\u00e9ctrica) y es tan fuerte y caracter\u00edstica la interacci\u00f3n que los quarks<\/a> est\u00e1n confinados en unas dimensiones especiales inferiores al tama\u00f1o de los n\u00facleos de los \u00e1tomos, siendo parad\u00f3jicamente casi libres en el interior de los hadrones<\/a> (libertad asint\u00f3tica<\/a> de los quarks<\/a>).<\/p>\n

El Modelo Est\u00e1ndar ha sido comprobado desde su desarrollo formal, a mediados de 1960, y sus par\u00e1metros han sido medidos con extraordinaria precisi\u00f3n, gracias al desarrollo de experimentos muy potentes, entre los que destacan los realizados en el acelerador LEP (“Large Electr\u00f3n Positr\u00f3n”) del CERN ( Centro Europeo de F\u00edsica de Part\u00edculas, en Ginebra), durante la \u00faltima d\u00e9cada del siglo XX, y del Tevatr\u00f3n del Laboratorio Fermilab (Chicago, USA), a\u00fan en funcionamiento.<\/p>\n

A continuaci\u00f3n viene una referencia al LHC que, a estas alturas est\u00e1 sobrepasada por conocer todos nosotros lo que ha pasado en su inauguraci\u00f3n y sus primeras pruebas. As\u00ed que, no me parece oportuno plasma<\/a>r aqu\u00ed esa referencia que conoceremos de primera mano a medida que se produzcan los nuevos acontecimientos.<\/p>\n

Sigue…<\/p>\n

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