¿Cómo empezó todo? La gente se planteaba dos
preguntas: ¿De qué están hechas las cosas?
¿Por qué la materia se mantiene unida? Debe existir
algo (fuerza) que mantiene unidas las cosas. Aparentemente no
tienen relación, pero como veremos están muy
relacionadas
Un poco de historia Todo esto comenzó hace más de
2000 años, en la antigua Grecia. Observaron que hay muchas
formas de materia. (madera, metales, tierra, el viento…)
¿No puede ser que todas las cosas estén compuestas
por los mismos ingredientes? 624-547 A.C. Thales de Mileto
postula que el agua es la sustancia básica de la Tierra.
También estaba enterado de la fuerza de atracción
entre imanes y del efecto en el ámbar, al frotarlo.
Un poco de historia Todo esto comenzó hace más de
2000 años, en la antigua Grecia. Observaron que hay muchas
formas de materia. (madera, metales, tierra, el viento…)
¿No puede ser que todas las cosas estén compuestas
por los mismos ingredientes? 624-547 A.C. Thales de Mileto: el
agua. 500-428 B.C., 484-424 B.C. Anaxágoras y
Empédocles. Anaxágoras postuló que la
materia se compone de una infinita multitud de elementos
primarios, sus ideas fueron un antecedente para la ley de
conservación de la masa. Empédocles redujo estas
partes indivisibles a cuatro elementos: tierra, aire, fuego, y
agua.
Un poco de historia Todo esto comenzó hace más de
2000 años, en la antigua Grecia. Observaron que hay muchas
formas de materia. (madera, metales, tierra, el viento…)
¿No puede ser que todas las cosas estén compuestas
por los mismos ingredientes? 624-547 A.C. Thales de Mileto: el
agua. 500-424 A.C. Anaxágoras y Empédocles. tierra,
aire, fuego, y agua. 460 – 370 A.C. Demócrito
desarrolló la teoría que el universo está
formado por espacio vacío y un número (casi)
infinito de partículas invisibles , que se diferencian
unas de otras en su forma, posición, y
disposición.. Toda la materia está hecha de
partículas indivisibles llamadas átomos.
Un poco de historia Todo esto comenzó hace más de
2000 años, en la antigua Grecia. Observaron que hay muchas
formas de materia. (madera, metales, tierra, el viento…)
¿No puede ser que todas las cosas estén compuestas
por los mismos ingredientes? 624-547 A.C. Thales de Mileto: el
agua. 500-424 A.C. Anaxágoras y Empédocles. tierra,
aire, fuego, y agua. 460 – 370 A.C. Demócrito: la materia
está hecha de átomos. Su principal problema es que
no tenían instrumentos de medida.
Un salto en el tiempo En el siglo XIX (¡¡más
de 2000 años después!!) experimentos de
química muestran que las sustancias cuando se combinan lo
hacen siempre en las mismas proporciones. 1804. Dalton interpreta
que la materia está compuesta por átomos que son
indivisibles y distintos para cada elemento químico 1869.
Mendeleiev observa que los átomos presentan una serie de
propiedades que se repiten y los clasifica en la tabla
periódica
Un salto en el tiempo En el siglo XIX (¡¡más
de 2000 años después!!) experimentos de
química muestran que las sustancias cuando se combinan lo
hacen siempre en las mismas proporciones 1804. Dalton interpreta
que la materia está compuesta por átomos que son
indivisibles y distintos para cada elemento químico 1869.
Mendeleiev observa que los átomos presentan una serie de
propiedades que se repiten y los clasifica en la tabla
periódica Es una buena teoría, pero hay muchos
átomos distintos ¿No puede ser que estén
todos formados por los mismos ingredientes?
Se da un paso más adelante A finales del siglo XIX, se
producen una serie de descubrimientos extraordinarios 1895.
Wilhelm Röntgen descubrió los rayos X. 1898. Marie y
Pierre Curie separaron los elementos radioactivos. 1898. Joseph
Thomson identifica los rayos beta como partículas del
átomo a las que llama electrones con carga negativa y una
masa de 0.0000000000000000000000000000001 kg. ¡¡El
átomo no es indivisible!! Thomson descubrió la
primera partícula que a día de hoy sigue siendo
elemental, el electrón.
Entramos en el siglo XX El siglo XX fue un siglo de oro para la
Física que revolucionó el mundo!!! 1909. Hans
Geiger y Ernest Marsden, bajo la supervisión de Ernest
Rutherford, dispersaron partículas alfa mediante una hoja
de oro y observaron, a veces, grandes ángulos de
dispersión; sugirieron que los átomos tienen un
núcleo pequeño y denso, cargado
positivamente.
Entramos en el siglo XX El siglo XX fue un siglo de oro para la
Física que revolucionó el mundo!!! 1909. Hans
Geiger y Ernest Marsden, bajo la supervisión de Ernest
Rutherford, dispersaron partículas alfa mediante una hoja
de oro y observaron grandes ángulos de dispersión;
sugirieron que los átomos tienen un núcleo
pequeño y denso, cargado positivamente. 1911. Victor Franz
Hess, físico estadounidense de origen austríaco,
demostró en el año 1911 que la ionización
atmosférica aumenta con la altitud, y concluyó que
la radiación debía proceder del espacio
exterior.
Entramos en el siglo XX El siglo XX fue un siglo de oro para la
Física que revolucionó el mundo!!! 1909. Hans
Geiger y Ernest Marsden, bajo la supervisión de Ernest
Rutherford, dispersaron partículas alfa mediante una hoja
de oro y observaron grandes ángulos de dispersión;
sugirieron que los átomos tienen un núcleo
pequeño y denso, cargado positivamente. 1911. Victor Franz
Hess, físico estadounidense de origen austríaco,
demostró en el año 1911 que la ionización
atmosférica aumenta con la altitud, y concluyó que
la radiación debía proceder del espacio exterior.
1913. Niels Bohr tuvo éxito al construir una teoría
de la estructura atómica, basándose en ideas
cuánticas. 1919. Ernest Rutherford encontró la
primera evidencia de un protón. 1931. James Chadwick
descubrió el neutrón.
Entramos en el siglo XX El siglo XX fue un siglo de oro para la
Física que revolucionó el mundo!!! 1909. Hans
Geiger y Ernest Marsden, bajo la supervisión de Ernest
Rutherford, dispersaron partículas alfa mediante una hoja
de oro y observaron grandes ángulos de dispersión;
sugirieron que los átomos tienen un núcleo
pequeño y denso, cargado positivamente. 1911. Victor Franz
Hess, físico estadounidense de origen austríaco,
demostró en el año 1911 que la ionización
atmosférica aumenta con la altitud, y concluyó que
la radiación debía proceder del espacio exterior.
1913. Niels Bohr tuvo éxito al construir una teoría
de la estructura atómica, basándose en ideas
cuánticas. 1919. Ernest Rutherford encontró la
primer evidencia de un protón. 1931. James Chadwick
descubrió el neutrón. Mientras, entre 1907 y 1917
Albert Einstein apoyado en postulados de Planck identifica el
fotón como el responsable de los Rayos X y lo propone como
responsable de la fuerza electromagnética.
Recapitulemos Modelo atómico con electrones y
núcleo formado por protones y neutrones Fuerza
electromagnética mediada por fotones Parece que ya lo
sabemos todo … ¿o no? Algunas preguntas
¿Qué mantiene los núcleos unidos?
¿Por qué en la radiación beta no hay balance
energético?
Nuestra historia continúa 1933-1934. Pauli dice que debe
haber una partícula sin carga y con una masa muy
pequeña que se lleva parte de la energía en las
desintegraciones beta. Es una partícula fantasma…
Muy difícil de detectar, la llaman neutrino 1933-1934.
Yukawa dice que debe haber una nueva fuerza (fuerza fuerte) que
mantenga los núcleos unidos. Está relacionada con
una partícula 200 veces más pesada que el
electrón.
Nuevos personajes Una serie de experimentos ponen de manifiesto
que los rayos cósmicos están formados por
partículas cargadas, principalmente protones, pero hay
más cosas… ¡¡Se encuentra en los rayos
cósmicos una partícula como la que dice
Yukawa!!
Nuevos personajes Una serie de experimentos ponen de manifiesto
que los rayos cósmicos están formados por
partículas cargadas, principalmente protones, pero hay
más cosas… ¡¡Se encuentra en los rayos
cósmicos una partícula como la que dice Yukawa!!
Pero no es la que queremos, porque al igual que el
electrón no interacciona con la fuerza fuerte
¿Entonces que es?… Lo llamaremos m Diez años
después encontramos la partícula que Yukawa
buscaba, y la llamamos p Ya lo tenemos todo y lo entendemos todo,
hemos acabado…
Recapitulemos… de nuevo Modelo atómico con
electrones y núcleo formado por protones y neutrones.
Fuerza electromagnética mediada por fotones. Parece que ya
lo sabemos todo … ¿o no? Algunas preguntas
¿Qué mantiene los núcleos unidos? (El
pión) ¿Por qué es así la
radiación beta? (Por que el neutrino se lleva parte de la
energía y no se detecta)
La historia interminable Mientras seguíamos analizando los
rayos cósmicos, encontramos otra partícula, el
Kaón, una partícula realmente
“extraña”. Bueno, sólo es una
partícula más… Aparecen 4 nuevas
partículas, la familia de las Deltas. Bueno, solo son 5
partículas más… En los años
siguientes aparecen más de 20 nuevas
partículas… A lo mejor aún no lo hemos
entendido todo. Hay demasiadas partículas, ¿No
puede ser que estén todas formadas por los mismos
ingredientes? e m g p, n p K D0, D-, D+, D++ r, w, j, L, X,
…
Los quarks Los físicos desarrollan un nuevo modelo: las
partículas que sienten la interacción fuerte
están formadas por partículas más
pequeñas llamadas quarks Protón: uud Pión:
ud Kaón: sd Recordad que en la materia ordinaria (neutra)
por cada protón (2u+1d) tenemos 1 electrón en los
átomos
Los quarks y los colores Los quarks son partículas que
interaccionan fuertemente (a través de gluones). No es
posible encontrarlos libres, y siempre aparecen formando
partículas (hadrones). Los quarks tienen una propiedad
llamada color (R, A, V) y se combinan para formas
partículas no coloreadas: Mesón-> quark +
anti-quark (p, K, …) Barión-> combinaciones de
tres quarks (p, n, ?, …)
Resumiendo los Quarks Tenemos una familia de partículas
llamadas Quarks que se combinan para formar “casi”
todas las partículas que existen en la naturaleza.
Protones, Neutrones, Kaones… Pero… ¿Que
sucede con las partículas que quedan?
Los leptones Los leptones son los componentes de la materia que
no interaccionan con la fuerza fuerte Si están cargados
tendrán interacciones electromagnéticas (mediante
fotones) y si no solamente interacciones débiles (W y Z)
Dentro de los leptones tenemos las partículas más
escurridizas que se conocen, los neutrinos, que sólo
interaccionan de forma débil y necesitamos detectores muy
masivos (del tamaño de una casa) para poder verlos
Los leptones De nuevo tenemos una familia de partículas
llamadas leptones entre las que se encuentran el electrón,
el muón, la partícula tau y tres partículas
“fantasmas” llamadas neutrinos. Y… ¿que
pasaba con las fuerzas?
Los bosones y las fuerzas En la naturaleza existen 4 fuerzas:
Fuerza fuerte 1 Fuerza electromagnética 0.0073 Fuerza
débil 0.000000001 Fuerza gravitatoria
0.00000000000000000000000000000000000001 A ver… familia de
quarks, familia de leptones, las fuerzas mediadas por
bosones… QUE LIO!!!!
Resumiendo… Esta es nuestra nueva tabla periódica
de los “elementos”: Toda la materia conocida esta
formada por combinaciones de estas partículas.
Fin… Nooo!! Aún queda una pregunta … Ya
sabemos de que está formada la materia que
conocemos… pero… ¿De donde sale la masa de
las partículas elementales? Y más cosas
…
El mecanismo de Higgs 1964. Peter Higgs, François Englert
y Robert Brout postulan el Mecanismo de Higgs. El Mecanismo de
Higgs consiste en un campo que interactúa con las
partículas dotándolas de masa. Asociado a ese campo
debe existir el denominado bosón de Higgs. Hay signos
(débiles) de su existencia.
La materia y energia oscuras Un 96% (!!!) del universo nos es
desconocido F. Zwicky (J. Oort) en 1932 : velocidad de
rotación de estrellas en galaxias espirales Materia que no
absorbe ni emite luz Todavia desconocida ! La energia oscura
explica la aceleración en la expansión del
universo
Antimateria
de la presentación Fin …