Modelo Estandar

Modelo Estándar
Preparado por:
Prof. Elba M. Sepúlveda, c.Ed.D.
CROEM – 16 marzo 2013
¿Qué es el modelo estándar?
• Teoría que describe las
relaciones entre las
interacciones
fundamentales
conocidas y las
partículas elementales
que componen toda la
materia.
Tres generaciones de la materia
• Toda la materia visible
está hecha de la
primera generación de
partículas.
• También se le conoce
como famila – I, II y III.
Quarks
Quarks
• Junto a los leptones son los
constituyentes
fundamentales de la
materia.
• Son los únicos que
interactúan con las cuatro
fuerzas fundamentales.
• Siempre se encuentran
unidos con otros.
• El descubrimiento del
mesón J/ψ en 1974 llevó al
reconocimiento de que
éste estaba hecho de un
quark encantado y su
antiquark.
http://www.particleadventure.org/quarks.html
El color
http://www.particleadventure.org/quarks.html
El concepto de
partícula
Gota
Molécula
Átomo
Protón
Quark
Los modelos
tienen
limitaciones.
En resumen, los quarks:
• Son las únicas partículas fundamentales que
interactúan con las cuatro fuerzas
fundamentales.
• Junto con los leptones, son los constituyentes
fundamentales de la materia.
• En la naturaleza no se encuentran quarks
aislados.
– Se encuentran en grupos, llamados hadrones, de
dos o tres quarks, conocidos como mesones y
bariones.
Hadrones
Mesón
• Son partículas
compuestas de un
quark y su
antiquark.
• Pion, kaon, J/ψ
• π+ µ++νµ
Barión
• Compuestos de
tres quarks.
• p, n, ∆
http://www.particleadventure.org/hadrons.html
Bariones
Tabla de
bariones
Leptones
¿Qué es un leptón?
• Son partículas
elementales
– Electrón - e
– Muón - µ
– Tau - τ
• Tienen masas
diferentes.
• Incluye los distintos
tipos de neutrinos.
Neutrinos
• Son un tipo de leptón.
• Casi no tienen masa.
• Partícula más abundante
en el universo.
• Hay 700M por cada
protón.
• Hasta los guineos emiten
neutrinos debido a la
radiactividad natural del
potasio.
Neutrinos
• No interaccionan con
otras partículas.
• Pueden pasar a través
de la Tierra y de
cualquier materia sin
perturbarla.
• Pueden ser afectados
por la fuerza nuclear
débil y la gravitatoria.
Decaimiento de leptones
En resumen, los fermiones son:
• Quarks
– Up – down
– Charm - strange
– Top – botom
• Leptones
– Electrón- νe
– µ − νµ
– τ − ντ
Tienen spin de múltiplos de ½
Bosones
Acarreadores de las fuerzas – mediadores de fuerzas
• Tienen un espín entero (0,1,2,...).
• No cumplen el principio de exclusión de
Pauli
– Establece que no puede haber dos fermiones
con todos sus números cuánticos idénticos.
• Siguen la estadística de Bose-Einstein.
– Tipo de mecánica estadística que describe las
propiedades de conjuntos grandes de
partículas capaces de coexistir en el mismo
estado cuántico en equilibrio térmico.
Bosones vs Fermiones
Principio de exclusion de Pauli
Se pueden apilar un infinito número de bosones en una caja pequeña, por otro lado
solamente un número limitado de fermiones puede acomodarse en ese mismo
espacio.
A los bosones no les molesta compartir el espacio.
Fuerzas en la naturaleza
????
Fuerzas en el modelo estándar
El fotón
•
•
•
•
Es la partícula que acarrea la fuerza electromagnética.
No tiene masa.
Viaja a la velocidad de la luz.
Transmite la fuerza entre los electrones y el núcleo
atómico.
¿Cómo los átomos emiten fotones?
http://science.howstuffworks.com/light7.htm
El gluón
• Bosón portador de la
interacción nuclear
fuerte.
• No posee masa ni carga
eléctrica, pero sí carga de
color.
• Estas partículas son las
que "unen" los quarks
dentro de los nucleones.
• Transmite la fuerza entre
los quarks dentro de los
protones y neutrones.
Decaimiento
• Ocurre cuando un leptón o un quark parece
convertirse en uno más ligero (se desintegra o
decae), se dice que cambian de sabor.
• Todos los procesos de cambio de sabor se
deben a la interacción débil, y en todas ellas
interviene uno de los tres tipos de bosones
intermedios.
→
̅
http://www-d0.fnal.gov/Run2Physics/top/top_public_web_pages/top_feynman_diagrams.html
Z – Boson
• Partículas que
transmiten fuerza entre
neutrones y protones
en el núcleo atómico.
• Partícula pesada que
acompaña los bosones
W+ y W-.
Z – Boson
Decaimiento de Z
http://www.symmetrymagazine.org/article/august-2008/explain-it-in-60-seconds-z-boson
W – Boson
• Transmite fuerzas
• Su decaimiento cambia
protones a neutrones y
viceversa.
• Causa fusión nuclear en
las estrellas.
• Crea elementos
pesados en las estrellas.
http://www.symmetrymagazine.org/article/january-2013/we-are-all-made-of-star-stuff-thanks-to-the-w
En resumen…
Complejo pero es la mejor explicación
Partículas fundamentales
Partículas en Física
La partícula que falta en el modelo es…
Ese es el tema de la
próxima presentación.
Preparado por:
Prof. Elba M. Sepúlveda
[email protected]
Marzo 2013