{"id":5544,"date":"2012-07-03T06:05:46","date_gmt":"2012-07-03T05:05:46","guid":{"rendered":"http:\/\/www.emiliosilveravazquez.com\/blog\/?p=5544"},"modified":"2012-07-03T06:05:22","modified_gmt":"2012-07-03T05:05:22","slug":"mas-sobre-particulas","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.emiliosilveravazquez.com\/blog\/2012\/07\/03\/mas-sobre-particulas\/","title":{"rendered":"M\u00e1s sobre Part\u00edculas"},"content":{"rendered":"

Part\u00edculas, esp\u00edn<\/a>, familias, materia\u2026<\/strong><\/p>\n

Conforme a lo que aceptamos hoy en d\u00eda, toda la materia estar\u00eda constituida a partir de estados ligados de Quarks y Leptones, es decir de los quarks<\/a> u \u201cup\u201d y d \u201cdown\u201d, electrones<\/a> e y neutrinos<\/a> \u0475, y sus antipart\u00edculas. De todos estos objetos, pueden existir hasta un total de otras dos familias m\u00e1s en las que los quarks<\/a> reciben otras denominaciones y los leptones<\/a>, en vez de electrones<\/a> podr\u00edan ser muones<\/a> \u03bc y part\u00edcula tau<\/a> \u03c4. Se\u00f1alamos que estos objetos poseen distintas masas. Sin embargo, todas tienen en com\u00fan que son part\u00edculas de esp\u00edn<\/a> \u00bd. Si a estos objetos le a\u00f1adimos los Bosones de esp\u00edn<\/a> 1, que son los responsables de las interacciones entre ellos, resulta que el poseer esa propiedad mec\u00e1nica llamada esp\u00edn<\/a> es una de las caracter\u00edsticas m\u00e1s importantes de los objetos elementales que constituyen la materia y de los veh\u00edculos que utilizan estas part\u00edculas elementales para su comunicaci\u00f3n. Toda la materia que nos rodea se mueve y rota<\/p>\n

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\"Esp\u00edn<\/p>\n

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El esp\u00edn<\/a> del mu\u00f3n<\/strong> es \u00bd. Cuando el esp\u00edn<\/a> de una part\u00edcula es semi-entero, se la clasifica como perteneciente al grupo denominado fermiones<\/a>. La carga el\u00e9ctrica de un mu\u00f3n<\/a> es igual que la del electr\u00f3n<\/strong>, pero su existencia es de s\u00f3lo 2,2 microsegundos. En cambio el electr\u00f3n<\/a> es un elemento estable en la Naturaleza.<\/p>\n

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En el modelo f\u00edsico de la mec\u00e1nica cu\u00e1ntica, el mu\u00f3n<\/a> es una part\u00edcula puntual y no tiene volumen. Pero no hay ning\u00fan problema para que se le asigne un momento angular (una rotaci\u00f3n).<\/p>\n

Podemos pensar en que el mu\u00f3n<\/a> es como una bolita que gira sobre s\u00ed misma. Este momento angular se denomina esp\u00edn<\/a> y est\u00e1 cuantizado; es decir, que no puede tener cualquier valor, sino m\u00faltiplos de una cantidad m\u00ednima, que es 1\/2. Este valor 1\/2 se refiere a la constante reducida de Planck<\/p>\n

El mu\u00f3n<\/a>, al igual que todas las part\u00edculas elementales (cuatro en cada una de la tres familias), tiene esp\u00edn<\/a> de valor 1\/2. A las part\u00edculas que tienen esp\u00edn<\/a> 1\/2, se las denomina fermiones<\/a>, en honor del f\u00edsico italiano Enrico Fermi<\/a> (1901-1954).<\/p>\n

Toda la materia que nos rodea se mueve y rota. Las part\u00edculas constituyentes no pod\u00edan ser menos, de ah\u00ed que no es de extra\u00f1ar que las part\u00edculas elementales tengan momento angular, que es la expresi\u00f3n mec\u00e1nica de la medida de su estado interno de rotaci\u00f3n. La sorpresa es, quiz\u00e1, que todas estas part\u00edculas tengan exclusivamente el valor no nulo, m\u00e1s bajo posible, que predice la mec\u00e1nica cu\u00e1ntica.<\/p>\n

Claro que, a todo esto, tambi\u00e9n tenemos que decir que todas estas part\u00edculas tienen su contraria, es decir, su antipart\u00edcula y, precisamente una nueva evidencia surgida de estudios realizados nos dicen que Materia y Antimateria pueden ser m\u00e1s distintas de lo que hasta ahora se hab\u00eda cre\u00eddo.<\/p>\n

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Los neutrinos<\/a>, part\u00edculas elementales generadas por las reacciones nucleares en el Sol, padecen una “crisis de identidad” cuando cruzan el universo, metamorfose\u00e1ndose entre tres “sabores” diferentes. Sus hom\u00f3logos de antimateria (que son id\u00e9nticos en masa pero opuestos en la carga y el esp\u00edn<\/a>) experimentan tambi\u00e9n una crisis de identidad. Sin embargo un equipo de f\u00edsicos ha descubierto ahora diferencias sorprendentes entre neutrinos<\/a> y antineutrinos en lo que se refiere a su conducta de cambio de “sabor”. Si se confirma, el hallazgo podr\u00eda ayudar a explicar por qu\u00e9 es la materia y no la antimateria la que domina en nuestro universo.Cada part\u00edcula de materia tiene una antipart\u00edcula correspondiente de antimateria. Los electrones<\/a> son part\u00edculas negativamente cargadas que rodean el n\u00facleo de cada \u00e1tomo. El positr\u00f3n es una antipart\u00edcula con la misma masa y magnitud de carga del electr\u00f3n<\/a> pero exhibiendo una carga positiva. Cuando la materia ordinaria, como por ejemplo un electr\u00f3n<\/a>, se combina con una cantidad igual de antimateria, como por ejemplo un positr\u00f3n, ambas se aniquilan mutuamente.<\/p>\n

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El aparentemente ineludible hecho de que las part\u00edculas de materia y antimateria se destruyen entre s\u00ed al contacto, ha desconcertado a los f\u00edsicos desde hace tiempo, pregunt\u00e1ndose c\u00f3mo la vida, el Universo, o cualquier cosa puede existir. Pero unos nuevos resultados de un experimento de acelerador de part\u00edculas sugieren que la materia parece ganar finalmente.<\/p>\n

Teniendo en cuenta esto \u00faltimo, as\u00ed como que ambas fueron creadas en la formaci\u00f3n del universo, y que el universo actual alberga materia pero virtualmente nada de antimateria, debe haber alguna raz\u00f3n por la cual la materia se acab\u00f3 imponiendo a la antimateria. La \u00fanica explicaci\u00f3n es que, las part\u00edculas de materia exced\u00edan en n\u00famero a las de antimateria y, una ves destruidas todas las antagonistas, quedar\u00edan s\u00f3lo las de materia que eran m\u00e1s y, esas son las que podemos ver ahora formando estrellas y planetas entre otras cosas.<\/p>\n

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Todo est\u00e1 hecho de esas peque\u00f1as part\u00edculas que conocemos por Quarks y Leptones y, hace unos d\u00edas, en Observatorio, pudimos contemplar esta maravillosa imagen en la que la estrella masiva IRS 4 comienza a desplegar sus alas. Nacida hace s\u00f3lo unos 100.000 a\u00f1os, el material expulsado de esta estrella reci\u00e9n nacida ha formado la nebulosa llamada Sharpless 2-106 (S106) que se ve en la imagen. El gran disco de polvo y de gas que orbita la fuente infrarroja IRS 4, visible en rojo oscuro cerca del centro de la imagen, da a la nebulosa la forma de un reloj de arena o de una mariposa.<\/p>\n

El gas de S106 cerca de 4 IRS act\u00faa como una nebulosa de emisi\u00f3n ya que emite luz despu\u00e9s de haber sido ionizado, mientras que el polvo lejano procedente de IRS4 refleja la luz de la estrella central y, por tanto, act\u00faa como una nenulosa de reflexi\u00f3n. El examen detallado de im\u00e1genes como esta, ha revelado la existencia de cientos de estrellas marrones de masa baja que rondan por el gas de la nebulosa. S106 se extiende unos 2 a\u00f1os luz y se encuentra a unos 2.000 a\u00f1os-luz de distancia en la constelaci\u00f3n del Cisne ( Cygnus ) -La traducci\u00f3n es de Observatorio-. Pero sigamos con lo que estamos tratando.<\/p>\n

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Dem\u00f3crito<\/p>\n

La idea atom\u00edstica de Dem\u00f3crito, de que la materia se puede dividir en porciones cada vez m\u00e1s peque\u00f1as hasta que este proceso tenga un final, puede ser o no cierta. No sabemos si lo que hoy consideramos como una part\u00edcula elemental, por ejemplo el electr\u00f3n<\/a>, se descubre en un futuro que est\u00e1 a su vez compuesto de otros objetos todav\u00eda por descubrir (aunque para m\u00ed, no parece que tal cosa sea posible en el electr\u00f3n<\/a> que, por sus caracter\u00edsticas, no parece prestarse a ello). Pero, si finalmente existen esos objetos \u00faltimos, indivisibles, que hoy en vez de \u00e1tomos les denominar\u00edamos part\u00edculas elementales, es leg\u00edtimo tratar de clarificar desde un punto de vista te\u00f3rico qu\u00e9 es lo que distingue a un objeto elemental de otro que no lo es, es decir, encontrar una definici\u00f3n plausible de part\u00edcula elemental.<\/p>\n

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Modelo Est\u00e1ndar de Part\u00edculas Elementales.<\/p>\n

Una definici\u00f3n por exclusi\u00f3n podr\u00eda ser que una part\u00edcula elemental es un sistema mec\u00e1nico que no posee estados escitados, es decir, que no es posible modificar su estructura. Podremos aniquilarla, destruirla, pero nunca modificarla. En sentido positivo dir\u00edamos que se trata de un sistema mec\u00e1nico cuyos \u00fanicos estados permitidos son solamente modificaciones cinem\u00e1ticas de uno cualquiera de ellos. Conocido un estado cualquiera de la part\u00edcula, el resto de los estados posibles en los que la podamos encontrar son solamente las diferentes descripciones que de ese estado hacen el resto de los observadores inerciales, Esto tambi\u00e9n quiere decir que, un cierto observador inercial hace una descripci\u00f3n del estado en que se e4ncuentra una part\u00edcula elemental y debido a alguna influencia externa este estado cambia, siempre es posible encontrar otro observador inercial que, en el nuevo instante, describa la part\u00edcula exactamente en el mismo estado que en el instante anterior lo describ\u00eda el otro observador.<\/p>\n

Cualquier cambio en el valor de alguna de las variables que caracterizan el estado de una part\u00edcula elemental puede ser siempre compensado, mediante un cambio de sistema de referencia inercial, para lograr describir el sistema en el mismo estado, ews decir, con exactamente los mismos valores de todas las variables que definen de forma \u00fanica el estado del sistema.<\/p>\n

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Existen sofisticadas m\u00e1quinas que nos permiten observar part\u00edculas y hacer ex\u00e1menes granulom\u00e9tricos de las mismas, Cada d\u00eda podemos acercarnos m\u00e1s y m\u00e1s a ese infinitesimal “universo de lo muy peque\u00f1o”, claro que, el mismo aparato que utilizamos que es un sistema electr\u00f3nico, al emitir la luz que trata enfocar esas part\u00edculas, lanza mir\u00edadas de fotones<\/a> sobre ellas y, en ese momento, se producen sucesos que impiden saber, de manera exacta donde est\u00e1 la part\u00edcula o, hacia donde se dirige. Es el Principicio de Incertidumbre de Heisenberg.<\/p>\n

Esta forma de definir un objeto elemental puede parecer una trivialidad, pero supone sin embargo una enorme restricci\u00f3n con respecto al tipo de variables cl\u00e1sicas que podemos utilizar para describir sus estados. Para empezar, tenemos que conocer c\u00f3mo estas variables cambian cuando cambiamos de sistema de referencia. M\u00e1s a\u00fan, dados dos valores posibles de una cualquiera de estas variables, debe existir un cambio de sistema de referencia que nos relacione un valor con el otro, y as\u00ed para todas las variables b\u00e1sicas que configuren el estado del sistema. Vemos por lo tanto la importancia que juega el Principio de Realtividad no solo a la hora de definir el conjunto de observadores inerciales equivalentes, sino tambi\u00e9n en la propia definici\u00f3n de part\u00edcula elemental, ya que condiciona el tipo de variables cl\u00e1sicas que podemos utilizar. Es \u00e9sta la definici\u00f3nn de part\u00edcula elmental que vamos a adoptar y vamos a intentar hacer una descripci\u00f3n Lagrangiana de aquellos sistemas mec\u00e1nicos sujetos a esta definici\u00f3n.<\/p>\n

De todas las maneras, en esto de las part\u00edculas nos tenemos que andar con pies de plomo, nada se puede dar por hecho, y, es bien sabido que, lo que nos dice la mec\u00e1nica cu\u00e1ntica no siempre coincide con lo que nos dicta el sentido com\u00fan. Y, s\u00ed, en la relatividad<\/a> est\u00e1n inmersas transformaciones que no debemos dejar de lado cuando tratamos con part\u00edculas elementales, veamos por ejempo:<\/p>\n

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Que el grupo de Lorentz realiza una foliaci\u00f3n del espacio en hip\u00e9rbolas diferenciadas. Ahora bien\u2026 \u00bfqu\u00e9 ocurre si tenemos una part\u00edcula en la regi\u00f3n para v>c? A ser la hip\u00e9rbola vertical, \u00a1\u00a1una transformaci\u00f3n desplaza punto en el tiempo!!<\/strong>. Por tanto, podr\u00eda ocurrir que lo que para alguien es pasado, para otro sea futuro\u2026 Para entenderlo mejor supongamos la situaci\u00f3n siguiente en la que una part\u00edcula, vista por un observador, va del punto A al punto B a una velocidad mayor que la de la luz. (\u00bfSer\u00e1n los neutrinos<\/a> de de los italianos?
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Consideremos el movimiento de una part\u00edcula superlum\u00ednica del punto A al punto B. Si aplicamos una transformaci\u00f3n de Lorentz, al desplazar el punto B sobre la hip\u00e9rbola, podr\u00eda darse el caso de que este quedase por debajo de A, como en la figura siguiente:<\/p>\n

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\u00a0\"\"<\/p>\n

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Al aplicar la transformaci\u00f3n, el punto B pasa del futuro al pasado. Por lo que, para este observador, \u00a1la part\u00edcula ha viajado en el tiempo! Claro que, nos topoamos de nuevo con el l\u00edmite de la velocidad de la luz. Ni aquellos neutrinos<\/a> de hace unos d\u00edas, han podido quitarle el Record de velocidad a los fotones<\/a>.<\/strong><\/p>\n

Una caracter\u00edstica importante del principio de raltividad es que lleva asociado un grupo de transformaciones espaciotemporales. Este grupo es el que nos indica la forma en que los diferentes observadores inerciales relacionan sus medidas respectivas de las tres coordenadas espaciales y una temporal de un mismo acontecimiento espacio-temporal. En la f\u00edsica Newton<\/a>iana o no relativista, este grupo es el grupo de Galileo, mientras que la f\u00edsica relativista toma como grupo cinem\u00e1tico de base el Grupo de Poincar\u00e9, que adem\u00e1s de rotaciones y traslaciones, como en el caso del grupo de Galileo, contiene transformaciones de Lorentz puras ente observadores, con velocidad relativa constante. El arranque del formalismo comienza con aceptar uno de estos grupos G como el grupo que deja invariante las ecuaciones din\u00e1micas.<\/p>\n

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ECUACIONES DIN\u00c1MICAS<\/strong><\/p>\n

Desde el punto de vista acad\u00e9mico, el estudio general de la geometr\u00eda de la cuarta dimensi\u00f3n en gran parte resultado de los trabajos de Bernhard Riemann.<\/p>\n

\"\"Los trabajos matem\u00e1ticos sobre geometr\u00edas multidimensionales y geometr\u00edas no eucl\u00eddeas hab\u00edan sido considerado por los f\u00edsicos como simples abstracciones matem\u00e1ticas hasta que Henri Poincar\u00e9 prob\u00f3 que el grupo de transformaciones de Lorentz que dejaban invariantes las ecuaciones del electromagnetismo pod\u00edan ser interpretadas como “rotaciones” en un espacio de cuatro dimensiones. M\u00e1s tarde, los trabajos de Einstein<\/a> y la interpretaci\u00f3n geom\u00e9trica de estos por parte de Hermann Minkowski<\/a> llevaron a la aceptaci\u00f3n de la cuarta dimensi\u00f3n como una descripci\u00f3n necesaria para explicar los hechos observados relacionados con el electromagnetismo. Sin embargo, aqu\u00ed la “cuarta dimensi\u00f3n” no era un lugar separado del espacio tridimensional (como en varias de las obras de ficci\u00f3n de la \u00e9poca) ni tampoco una dimensi\u00f3n espacial an\u00e1loga a las otras tres dimensiones espaciales, sino una dimensi\u00f3n temporal que s\u00f3lo puede recorrerse hacia el futuro. En la teor\u00eda general de la relatividad<\/a> el campo gravitatorio es explicado como un efecto geom\u00e9trico de la curvatura de un espacio-tiempo de cuatro dimensiones.<\/p>\n

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\u00a0\"Cono<\/p>\n

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M\u00e1s tarde, la teor\u00eda de Kaluza-Klein<\/a> propuso que no s\u00f3lo el campo gravitatorio pod\u00eda ser interpretado de forma m\u00e1s sencilla como curvatura de un “espacio” de m\u00e1s de tres dimensiones, sino que si se introduc\u00eda una nueva dimensi\u00f3n espacial enrollada o \u00abcompactificada\u00bb, tambi\u00e9n el campo electromagn\u00e9tico pod\u00eda ser interpretado como un efecto geom\u00e9trico de la curvatura de dimensiones superiores. As\u00ed, la Kaluza propon\u00eda una teor\u00eda de campo unificado del electromagnetismo y la gravedad en un espacio-tiempo de cinco dimensiones, con una dimensi\u00f3n temporal, tres dimensiones espaciales extendidas y una dimensi\u00f3n espacial \u00abcompactificada\u00bb adicional, que, debido a su condici\u00f3n de compactificada, no era directamente visible pero su efecto era perceptible en forma de campo electromagn\u00e9tico.<\/p>\n

Bueno, como de costumbre (eo pasar una mosca y me distrae), me paso de las part\u00edculas a los grupos de Poincar\u00e9 y Lorentz o, a la cuarta dimensi\u00f3n de Minkowski<\/a>, son cosas de la mente que, no siempre act\u00faa como nos propusimos al comenzar un trabajo que, la mayor\u00eda de las veces finaliza, de manera misteriosa, de manera direfente a la que nos propusimos al comenzar.<\/p>\n

El F\u00edsico Martin del Riva del Departamento de F\u00edsica Te\u00f3rica del pais Vasco, tiene mucho que ver con todo lo que aqu\u00ed contamos. Desde aqu\u00ed le agradecemos sus conocimientos.<\/p>\n

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

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