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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.