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El Universo

Universo: ¿Cómo se creó? ¿Cuándo y por

qué está formado?

El Universo

El universo se creó poruna gran explosiónllamada Big Bang.

Se creó hace 15 milmillones de años.

Está formado pormillones de estrellasque están agrupadasformando galaxias.

Galaxias

Cada galaxia está formada pormillones de estrellas.

La mayoría de las galaxiastienen forma de espiral.

Vía Láctea: Forma de espiral.

Es nuestra galaxia.

Su diámetro es de 80.000años–luz.

Hay unos 30.000 años-luz delcentro de la galaxia a la tierra.

Las Estrellas

Las estrellas son bolas de gas

que emiten luz y calor.

El color de las estrellas interfieren

en la edad y la temperatura.

Jóvenes: azules.

Medianas: amarillas.

Viejas: rojas.

Se forman por nubes de gas y por

polvo interestelar, cuando la

temperatura en el interior es alta

emite luz. La muerte de una

estrella ocurre cuando deja de

emitir luz mediante una explosión.

El Sol

El sol es la estrella más cercana anuestro planeta.

Su diámetro es 110 veces mayor quela tierra y 330 veces mayor que lamasa de la tierra. El sol es de tamañomediano.

Su temperatura en la superficie es de6.000º C y en su interior es de14.000.000º C.

Su temperatura es tan alta que haceque libere una gran cantidad deenergía.

Es fundamental para la vida sobre latierra.

Forma parte del sistema solar comootros cuerpos: planetas, satélites,asteroides, cometas etc…

98% de la materia del sistema solarHá estado activo por 4,600

millones de años y tiene

suficiente combustible para

permanecer activo por otros

cinco mil millones de años más.

El Universo

Solo el 4% (2 a 6%) del Universo está

formado por materia

(“Fermiones y Bosones”).

QUE ES EL RESTO?

Corteza: 6-90 Km(máfico-félsico)

Manto: ~3,000Km (ultramáfico)

Núcleo: ~3,400Km (Fe-Ni)

La Tierra

En Peso (total)

1. 34.6% hierro.

2. 29.5% oxigeno.

3. 15.2% silício.

4. 12.7% magnésio.

5. 2.4% níquel.

6. 1.9% azufre.

7. 0.05% titanio.

8. 3.65% otros elementos

La Composición de la Tierra

Composición del Universo

Universo corteza terrestre agua de mar cuerpo humano

H 91

He 9,1

O 0,057

N 0,042

C 0,021

Si 0,003

Ne 0,003

Mg 0,002

Fe 0,002

S 0,001

otros < 0,001

O 47

Si 28

Al 7,9

Fe 4,5

Ca 3,5

Na 2,5

K 2,5

Mg 2,2

Ti 0,46

H 0,22

C 0,19

otros < 0,010

H 66

O 33

Cl 0,33

Na 0,28

Mg 0,033

S 0,017

Ca 0,006

K 0,006

C 0,0014

Br 0,0005

otros <0,001

H 63

O 25,5

C 9,5

N 1,4

Ca 0,31

P 0,22

Cl 0,03

K 0,06

S 0,05

Na 0,03

Mg 0,01

otros < 0,01

X : Elementos esenciales para la vida

Porcentaje del total de Átomos

De que esta formada la

Materia?

El mundo de las partículas

elementales

Las leyendas y teorías sobre la naturaleza

íntima de la materia se han ido sucediendo

también a lo largo de la historia de la

Humanidad, desde que Tales de Mileto, en

el siglo VI a. C. estableciese que el

agua era la sustancia primigenia origen

de toda materia.

Anaximandro especulaba sobre una

sustancia eterna transformable.

Heráclito idealizaba al fuego como origen de

la materia, y Empédocles en la existencia

de cuatro sustancias fundamentales: fuego,

aire, tierra y agua.

Fue Anaxágoras el primero que pensó

que la materia estaba formada por

partículas pequeñísimas (átomos o

moleculas)

Demócrito, en al siglo IV antes de Cristo, seinterrogó sobre la divisibilidad de la materia. Asimple vista las sustancias son continuas y sepueden dividir. ¿Es posible dividir unasustancia indefinidamente? Demócritopensaba que no, que llegaba un momento enque se obtenían unas partículas que nopodían ser divididas más; a esas partículaslas denominó átomos, que en griego significaindivisible.

Cada elemento tenía un átomo con unaspropiedades y forma específicas, distintas delas de los átomos de los otros elementos.

Las ideas de Demócrito, sin estar olvidadascompletamente, cayeron en desuso durantemás de dos mil años.

La Ciencia experimental, en los siglos XVII yXVIII, posibilitó los avances en la teoría atómicay, a principios del s. XIX, las leyes de Daltonaclararon el concepto de molécula.

Dalton, en 1808 propuso una nueva teoríaatómica. Según esta teoría, los elementosestaban formados por átomos, indivisibles eindestructibles, todos iguales entre sí, perodistintos de los átomos de los otros elementos. launión de los átomos daba lugar a la variedad desustancias conocidas y la ruptura de las unionesentre los átomos para formar nuevas uniones erael origen de las transformaciones químicas.

Los estudios de Böhr y Rutherford

establecieron el concepto clásico

de átomo y partículas subatómicas:

protones neutrones y electrones.

El físico danés Bohr, en 1913, explicó laexistencia de los espectros atómicossuponiendo que los electrones no giran en tornoal núcleo atómico en cualquier forma, sino quelas órbitas de los electrones están cuantizadasmediante 3 números.

Ya en la década de 1920 se propuso, gracias alos esfuerzos de Schrödinger, Heisenberg y elpropio Bohr, la teoría de la mecánica cuántica,que da explicación del comportamiento de loselectrones y átomos individualmente, encompuestos y en las transformaciones químicas.

Pero la acción de los rayos cósmicos dio lugar aldescubrimiento de un vasto y rico mundosubnuclear de partículas (leptones, quarqs,bosones, muones, piones, etc.) y de las fuerzasde interacción entre ellas (gluones, fotones,bosones, partículas W, Z, etc.)

La conocida como teoría estándar de la materiaprocuró encajar los datos e interpretacionesrespecto a la naturaleza de la materia y susinteracciones. Todo se fue confirmando paso apaso, pero faltaba o falta el Santo Grial:

El bosón de Higgs.

(Se demostró su existencia en marzo de 2008)

Modelo estándar de física de partículas

Partículas fundamentales de la materia

Fermiones Bosones de Gauge

Quarks LeptonesBosones

W y ZFotón Gluón

Arriba Encantado Cima Electrón Muón Tau Bosones hipotéticos

Abajo Extraño Fondoe-

neutrino

μ-

neutrino

τ-

neutrinoGravitón Bosón de Higgs

Gravitatoria

¿Qué hay de las fuerzas entre esas partículas?

No juega un rol importante en el átomo

Electromagnética

Mantiene los electrones ligados al núcleo

Fuerte

Mantiene los protones y neutrones ligados en el núcleo

Débil

Propuesta para explicar que el neutrón decae

¿Qué hay de la masa?

Decimos entonces que el protón tiene 2000 veces más masa que el electrón.

Ejemplo: al aplicar la misma fuerza a un electrón y a un protón,

el electrón adquiere una aceleración 2000 veces mayor.

La masa es un parámetro que describe la inercia

de una partícula a cambiar de movimiento.

El Modelo Estandar está contruído en base a simetrías

de la naturaleza que requieren que las partículas

involucradas tengan masa nula.

¿Y la inercia entonces?

Solución: El campo de Higgs

El protón interactúa con el Higgs 2000 veces más que el electrón.

Las partículas no tienen masa, sino una interacción

(una especie de fricción) con este campo.

ANTIMATERIA

La primera detección de antimateria larealizó Dirac en los años 30, encontrandopositrones (antielectrones) en la radiacióncósmica que llegaba a la Tierra.

Posteriormente, sobre todo a partir de losaños 50, con el uso pacífico de losgrandes aceleradores de partículas, sefueron produciendo o descubriendomuchas de las antipartículas elementales.

ANTIMATERIA

Actualmente, las antipartículas

elementales, sobre todo los

antiprotones, se pueden obtener,

detectar, recolectar, confinar y

almacenar, usando sofisticadas

tecnologías basadas en los

aceleradores de partículas y las

acciones de los campos

magnéticos.

ANTIMATERIA

En abril de 1996 se abrieron unas nuevas e

interesantísimas posibilidades con la obtención,

no ya de antipartículas elementales, sino de

unos verdaderos 11 preciosos antiátomos de

antihidrógeno.

Se trataba del experimento PS210 y lo

consiguieron científicos alemanes y europeos

en las instalaciones del CERN en las afueras de

Ginebra. Desde entonces ello se ha repetido y

mejorado.

ANTIMATERIA

¿Uno de ellos es como fuente energética enaplicaciones concretas. Por ejemplo, con el uso deantimateria y su aniquilación controlada, con lacorrespondiente materia, los depósitos decombustible de los cohetes y vehículos espacialespodrían reducir su volumen a menos del 10% delactual, permitiendo recorridos más largos y demayor duración. Para conseguir esos fines elproyecto ICAN-II está en fase de Investigación, enla Universidad de Pennsylvania.

Qué interés práctico puede tener la "domesticación" de la antimateria?.

ANTIMATERIAQué interés práctico puede tener la "domesticación" de la antimateria?.

También se están estudiando los diseñosadecuados que permitan el uso médico de losrayos de antiprotones, bien para implantar nuevos ymás potentes métodos exploratorios de análisis dezonas corporales, o bien como verdaderosproyectiles destructivos de zonas tumoralespreviamente señaladas como blancos o dianas.