El modelo estándar de las partículas
Partículas elementales y antipartículas
Tipos de partículas elementales y familias
Cargas
Interacciones básicas
Bosones
Las antipartículas, si tienen carga, es opuesta a la de las partículas. Cada partícula tiene su antipartícula.
Fermiones (con masa, en la materia, principio de exclusión de Pauli)
Reciben este nombre porque cualquier otro tipo de interacción se puede explicar a base de estas
Electromagnética
Nuclear fuerte
Gravitatoria
Nuclear débil
Intercambio de gravitones
Alcance infinito (partículas con carga)
Mantiene la estabilidad del núcleo de los átomos
Su alcance no supera los 10 a la -7 m, intensidad 10 a la -14 veces más pequeña que la nuclear fuerte
La más débil de todas las interacciones (10 a la -39). Dicha intensidad disminuye con el aumento de la distancia.
Alcance infinito (entre cuerpos con masa)
Mantiene la estructura del Universo
Interacción atractiva o repulsiva, dependiendo de la carga
Mantiene la estructura de la materia
Cargas con distinto signo se atraen, cargas con mismo signo se repelen
Intensidad 100 veces menor que la nuclear fuerte, pero mayor que la gravitatoria
Mantiene los electrones alrededor del núcleo
Intercambio de fotones
Une protones y neutrones
Interacción atractiva
Alcance no mayor de 10 a la -15, es la interacción más intensa
Intercambio de mesones y gluones
Intercambio de bosones W+, W- y Z0
Responsable de fenómenos radiactivos
Color
Eléctricas
Las cargas eléctricas se miden el Columbios (SI)
Por cada color hay un anticolor (anti-azul, anti-verde, anti-rojo)
Las cargas pueden ser positivas (+) o negativas (-). Las cargas de signos iguales se repelen y las de signos distintos se atraen
Es una propiedad que presentan las partículas subatómicas. La materia es neutra (mismo número electrones y protones), pero puede adquirir una carga eléctrica y generar un campo eléctrico
Cuando un objeto se carga eléctricamente se debe a un desplazamiento de electrones (perdida o incorporación). Cuantos más electrones, más negativa será la carga
Existen 3 colores: azul, rojo y verde
La carga de color es una propiedad que sirve para que dos quarks del mismo sabor puedan estar dentro de un mismo protón o neutrón
Se estudia con la cromodinámica cuántica
Las partículas elementales son las que forman la materia y son indivisibles
Se pueden clasificar en bosones y fermiones dependiendo de si cumplen el Principio de exclusión de Pauli.
Leptones
Bosones (fuerzas elementales)
Quarks (forman protones y neutrones)
Down
Charm
Strange
Top
Up
Bottom
Tau (familia 3)
Electrón neutrino (familia 1)
Muón (familia 2)
Muón neutrino (familia 2)
Electrón (familia 1)
Tau neutrino (familia 3)
Muy poco estables ❌
Sin carga eléctrica 🚫
💥
Interaccionan y forman hadrones (materia nuclear)
Mesones
Bariones
Protón (2 up + 1 down)
Neutrón (2 down + 1 up)
Escalar
Tensores
Gauge
Fotón No tienen carga eléctrica ni masa, y son responsables de la existencia de la fuerza electromagnética. También son "las partículas de la luz", por lo que permiten la existencia de un amplio espectro de ondas (donde se encuentra la luz visible)
Bosón Z Son muy masivos y eléctricamente neutros y se encargan de mediarla fuerza nuclear débil. Hace, junto al bosón, W, que los neutrones y los neutrinos se unan para formar protones.
Gluón No tienen carga eléctrica, pero sí tienen carga de color. Son los responsables de la fuera nuclear fuerte, actúan como el "pegamento" de los átomos.
Bosón W Son algo menos masivos que los bosones Z y tienen carga eléctrica (+ y -). Su función es la misma que la de los bosones Z.
Higgs Su espín es 0 y su descubrimiento nos ayudó a comprender el origen fundamental de la masa. Las partículas con mayor afinidad con el campo de Higgs tendrás más masa que las que tienen menos afinidad. No tiene carga eléctrica y es muy inestable.
Gravitón Aún no se ha descubierto un bosón ocupado de la fuerza gravitatoria, pero aún así nos científicos ya han bautizado a esta partícula como Gravitón. Este explicaría el origen cuántico de la gravedad y unificaría las cuatro fuerzas fundamentales.
Sabor
El sabor es el nombre con el que se diferencian las diferentes especies de un mismo tipo de partícula. Están parametrizados por un número cuántico
Hay 6 tipos de sabores de quarks (u, d, c, s, t, b)
Un quark de un sabor puede transformarse en otro de otro sabor mediante la interacción nuclear débil (intercambio de bosones W)
Es una propiedad cuántica asociada fuerza fuerte (absorción o emisión de gluones)
El principio de exclusión de Pauli dice que no hay dos fermiones idénticos que puedan ocupar simultáneamente el mismo estado cuántico.
El principio de exclusión de Pauli no se aplica a los bosones: todas tienen valores enteros de espín. Fotones, gluones, gravitones y los bosones W, Z y Higgs son todos bosones.
Mesones y bariones
Un mesón es la unión entre un quark de un color y su anti-quark de su anti-color
Un barión es la unión de 3 quarks con cada uno uno de los colores posibles (azul, rojo y verde)
Diferencia entre leptones y quarks
Los quarks no pueden existir libremente debido a la fuerza fuerte, que aumenta cuanto más separados están. Sin embargo, los leptones pueden ser independientes.
Los quarks están sujetos a todas las fuerzas fundamentales, mientras que los leptones lo están a todas menos la fuerza fuerte. Esto es porque la fuerza fuerte solo puede actuar en el núcleo de un átomo.
Los leptones tienen números enteros de carga eléctrica (1 los electrones y 0 los neutrinos), mientras que los quarks tienen números fraccionarios y pasan a tener una carga entera cuando se unen entre ellos.
Propiedades importantes de la fuerza nuclear fuerte
Confinamiento
Libertad asintótica
Es una condición que mantiene unidos a los quarks, de forma tal que siempre se mantengan vinculados en un trío, formando un neutrón o un protón y que hace que la combinación de estos no tengan ningún color (blanco), puesto que un solo quarks tendría color, lo que no es posible.
Dada la intensidad de la fuerza atractiva de la interacción nuclear fuerte, se necesitan enormes cantidades de energía para reducirla y liberar un tanto estas partículas. Pero sería necesaria una cantidad infinita para separarlos completamente, reduciendo la distancia de separación a cero.
Y como no es posible disponer de energías infinitas, no es posible reducir la distancia de separación a cero, de manera que la libertad se vuelve asintótica.
La fuerza nuclear fuerte es muy intensa a energías normales, y une a los quarks entre sí fuertemente, pero a altas energías la interacción fuerte se hace menos intensa. Así, los quarks se comportan como partículas libres.