Historia de la F

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Historia de la Física de Partículas
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Cómo empezó todo?

• La gente se planteaba dos pregunta
• 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

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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?

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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.

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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 desafió la afirmación de
  los griegos, sus enseñanzas fueron un antecedente
  para la ley de conservación de la masa.
  Empédocles redujo estas partes indivisibles a
  cuatro elementos tierra, aire, fuego, y agua.

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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.

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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.

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Un salto en el tiempo

• En el siglo XIX (unos 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

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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

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(No Transcript)
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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?

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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.

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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.

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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.

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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.

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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.

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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 es así la radiación beta?

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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.

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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!!

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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

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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)

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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?

p, n p K D0, D-, D, D r, w, j, L, X, ...
e m
g
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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

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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-gt quark anti-quark Barión-gt
combinaciones de tres quarks
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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?

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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 del tamaño de una casa para poder
  verlos

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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?
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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!!!!
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Resumiendo

• Esta es nuestra nueva tabla periódica de los
  elementos
• Toda la materia conocida esta formada por
  combinaciones de estas partículas.

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(No Transcript)
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Fin

• Nooo!!
• Aún me queda una pregunta más Ya sabemos de que
  está formada la materia que conocemos pero De
  donde sale la masa de las partículas elementales?

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El mecanismo de Higgs

• 1964. Peter Higgs, François Englert y Robert
  Brout postulan el Mecanismo de Higgs.
• El Mecanismo de Higgs consiste en un bosón capaz
  de adquirir masa en cualquier lugar del universo.
  Sería por tanto el responsable de la masa de las
  partículas. Todavía nadie lo ha visto, pero se
  cree que está ahí.

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(No Transcript)
34
Antimateria
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Fin.