UNIVERSIDAD nACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS

[UNIVERSIDAD nACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS]25 de abril de 2014

Facultad de ingeniera geolgica, minera, metalrgica y geogrfica

Nombre: Rodolfo Junior Huaccho Yllesca

Cdigo: 13160234

Escuela: Ingeniera Metalrgica

Profesor: Ing. Felix Acevedo

Tema: interacciones

Fecha de entrega: 25 de abril de 2014

Ciudad Universitaria

Introduccin histrica.El inters por descubrir la constitucin interna de la materia se remonta a los filsofos griegos. De entre ellos, los primeros que creyeron en una organizacin interna fueronLeucipoyDemcrito, que postularon una estructura basada en la existencia detomos("sin partes" en griego). La hiptesis de de estos filsofos se abandon hasta que a principios del siglo XIX fue recuperada porJohn Dalton, con el establecimiento de su teora atmica. En ella Dalton postulaba que la materia estaba formada por partculas pequeas denominadas tomos, que stas eran indivisibles e indestructibles, que todos los tomos de un elemento eran iguales entre s y diferentes de los tomos de los dems elementos y que los tomos se unan entre s para formar compuestos qumicos.Con el desarrollo de la electricidad en el siglo XIX se vio que era imposible admitir que los tomos fuesen las partculas ltimas de la materia. As, el estudio de las descargas elctricas en gases, y en particular sobre losrayos catdicos, llev aJ.J. Thomsonen 1897 a descubrir elelectrn(partcula con carga negativa) y medir su relacin carga/masa. El propio Thomson propuso un modelo atmico que inclua la presencia del electrn dentro del tomo. Al mismo tiempo que Thomson realizaba sus estudios sobre el electrnEugen Goldsteindescubre los denominados rayos canales (con carga positiva) y posteriormenteRutherfordpropone denominarprotna la partcula positiva generada a partir del hidrgeno, con lo que se completaba la existencia de dos partculas fundamentales cada una con un tipo de carga. El protn tena la misma carga del electrn y una masa mucho mayor. Rutherford propone un modelo atmico nuclear, con una zona central denominada ncleo, que contiene la carga positiva y la casi totalidad de la masa del tomo y una corteza orbital, en la que se encuentran los electrones. Fija el tamao del ncleo como ms de 10.000 veces el del tomo. Tambin, a principios del siglo XX se postula la existencia delneutrn, ligeramente ms masivo que el protn y desprovisto de carga elctrica. Su existencia fue confirmada en 1932.A comienzos del siglo XX, el desarrollo del modelo atmico de Rutherford, coloca a los protones y neutrones en el ncleo del tomo y a los electrones en su corteza.Las investigaciones sobre el efecto fotoelctrico llevan a Einstein a formular su teora corpuscular de la luz y predecir la existencia delfotn, que sera una partcula sin masa ni carga elctrica.As pues, hasta 1932 poda explicarse la constitucin de la materia slo con cuatro partculas elementales: elelectrn, elprotn, elneutrny elfotn. Sin embargo, pronto se comprob que el nmero de partculas elementales era mucho mayor.Investigando sobre una hiptesis dePaul Dirac, se descubri en ese ao elpositrnporCarl Anderson.Es esta una partcula con la misma masa que el electrn y el mismo valor absoluto de carga, slo que positiva (e+) . Tambin se denomina antielectrn.Otra partcula descubierta a principio de los aos treinta del pasado siglo fue elneutrino, que ya haba sido postulado porW. Pauli, para poder explicar una aparente violacin en el principio de conservacin del principio de conservacin de la energa cuando se produca una desintegracinFue detectado en 1956 por un equipo de fsicos de la universidad de Berkeley, entre los cuales se encontrabanSegreyChamberlain, que posteriormente fueron galardonados con el premio Nobel por su descubrimiento.En 1935Hideki Yukawapropone la existencia de una partcula para explicar las fuerzas que mantienen unidos a los nucleones. Esta partcula se denominmesn, ya que tena una masa intermedia entre la del protn y la del electrn (unas 200 veces la masa de ste). Actualmente esta partcula se denominapinomesny se detect por primera vez en la radiacin csmica que llega a la Tierra (1947).En 1937 se descubre elmun, una partcula con la misma carga que el electrn, pero con una masa de una 200 veces la de ste.A partir de 1940 se descubrieron cientos de partculas elementales y adems las correspondientes antipartculas, idnticas en masa y vida media, pero con carga opuesta. Esta proliferancin de partculas hizo que los fsicos desarrollasen unos criterios para clasificarlas y llegar a comprender tanto la estructura interna de la materia como la naturaleza de las interacciones que existen entre ellas. Clasificacin de las partculas subatmicas.Actualmente hay dos criterios bsicos para la clasificacin de partculas subatmicas: segn el valor de suspiny segn suestructura. Clasificacin segn el valor de su spinSegn el valor de su spin las partculas se clasifican en:Bosones, que son partculas conspin entero(s = 0, 1, 2, ...), por lo que no puede aplicrseles el principio de exclusin de Pauli. Esto quiere decir que pueden existir muchos bosones que se encuentren en el mismo estado cuntico. Son bosones elfotn(), cuyo spin es cero, los bosones vectoriales W+,W-y Z0, con spin 1.Fermiones, que son partculas conspin semientero(s = 1/2, 3/2, ...)que cumplen el principio de exclusin de Pauli, por lo que no pueden existir dos fermiones en el mismo estado cuntico. Elelectrn, elprotny elneutrnson ejemplos tpicos de fermiones. Clasificacin segn su estructura internaAtendiendo a la estructura interna se clasifican en:Leptones: Los leptones son autnticas partculas elementales , lo que quiere decir quecarecen de estructura interna. Atendiendo a su spin son fermiones. Hay seis leptones: elelectrn(e-), elmun(-), eltaun(-), elneutrino electrnico(e), elneutrino munico() y elneutrino taunico(). De ellos slo el electrn y los neutrinos son estables, mientras que el mun y el taun son partculas inestables, cuyas vidas medias son muy pequeas, y que se desintegran en electrones y neutrinos.A los leptones se les asigna unnmero leptnico(L) de valor igual a1, mientras que a los antileptones se les asigna un nmero leptnico igual a-1. Las restantes partculas elementales tienen nmero leptnico igual a cero. En cualquier transformacin nuclear debe conservarse el nmero leptnico.En la tabla anterior los valores de masa vienen dados en MeV/c2, y se refieren a la masa en reposo; los de la carga en mltiplos de la carga de electrn (1'6 10-19C) y los del spin en unidades h/2(1'06 10-34Js).La comprobacin de la existencia de los tres tipos de neutrinos culmin en el ao 2000 cuando un equipo de cientficos del Fermilab, uno de los laboratorios de partculas ms importantes del mundo, comprob la existencia del neutrino taunico. Hasta la dcada de 1960 slo se haban identificado los otros dos tipos de neutrinos. ElModelo Estndarpara clasificar las partculas elementales requera la existencia de un tercer tipo de neutrino, el neutrino tau, como se demostr tericamente en 1989. Actualmente se trabaja en la determinacin de la masa de los neutrinos, as como en la mejora de su deteccin, ya que en su estudio puede estar una de las claves del conocimiento de la actividad estelar.Hadrones: Los hadrones no son en realidad partculas elementales, ya que tienen una estructura interna y pueden desintegrarse dando como productos otras partculas. Los podemos clasificar en dos tipos:Mesonesque son bosones (spin entero) e incluyen a lospiones. Cuando se desintegran dan leptones y fotones.Barionesque son fermiones (spin semientero) e incluyen, entre otras partculas, a losprotonesy losneutrones.A los bariones se les asigna como caracterstica un valor, denominadonmero barinico(B), anlogo al nmero leptnico, de valor1para losbarionesy-1para losantibariones; las restantes partculas tienen nmero barinico cero. En una transformacin debe conservarse el nmero barinico.Dentro de los bariones, a los protones y neutrones se les denominanucleones, por su presencia en el ncleo atmico, mientras que a los dems se les denominahiperones.Excepto el protn y el neutrn, los hadrones tienen una vida media muy pequea y son difciles de detectar y estudiar en el laboratorio. As, mientras que se cree queel protn es estable, la vida media de lapartcula lambdaes aproximadamente 10-10segundos. Veamos algunas caractersticas de algunos hadrones:

Teora de los quarksComo acabamos de ver, los hadrones no se pueden considerar partculas elementales, ya que tienen una estructura interna y pueden desintegrarse convirtindose en otras partculas. Ahora surge la pregunta:de qu estn compuestos los hadrones?En 1964Murray Gell-MannyGeorges Zweigpropusieron una teora para explicar la constitucin interna de los hadrones: lateora de los quarks. Segn esta teora los hadrones estn compuestos de otras partculas elementales, que denominaronquarks(al parecer por influencia de un prrafo de la deJames Joyce,Finnegan's Walk).Los quarks propuestos presentan propiedades peculiares; en espacial, con relacin a la carga del protn, tienen carga fraccionaria. Adems, retomando la simetra partcula/antipartcula se encontr que a cada quark le corresponda su antiquark.Inicialmente Gell-Mann y Zweig propusieron un modelo de tres quark y sus correspondientes antipartculas, pero posteriormente se ha ampliado a seis quarks y seis antiquarks. Cada tipo de quark se denomina sabor. Hay pues seis "sabores" de quarks. Toda partcula conocida se poda describir como una combiancin de quarks y antiquarks. Interacciones fundamentales en la naturalezaTodos los fenmenos que se producen en el Universo se deben a las interacciones entre las partculas que lo componen. Estas interacciones se describen mediante el concepto de fuerza. As, la cada de un objeto o la "cada" de la Luna hacia la Tierra se describe mediante la fuerza gravitatoria. La estructura de un objeto, la atraccin entre imanes o entre cargas elctricas se hace mediante la fuerza electromagntica. Desde el principio los cientficos han tratado de unificar y simplificar el origen de los fenmenos, intentando adjudicar todos ellos a unas pocas causas comunes y a unos tipos fundamentales de comportamiento. As, como ya hemos estudiado,James C. Maxwellunific las fuerzas elctrica y magntica en un nico tipo de interaccin, lainteraccin electromagntica, que permita explicar todos los fenmenos conocidos en su momento sobre los campos de la electricidad y el magnetismo.En la actualidad, todas las fuerzas o interacciones de la naturaleza se pueden agrupar en cuatro tipos bsicos, denominadosinteracciones fundamentales: Interaccin gravitatoria. Se da entre todas las partculas y se describe mediante lateora de la relatividad generaldeA. Einsteino ms fcilmente mediante laley de gravitacin universaldeIsaac Newton. Gracias a ella se pueden explicar fenmenos como la cada de los cuerpos o el movimiento de los planetas, satlites, estrellas, cometas, etc. Su alcance es infinito y acta a grandes distancias. Es la interaccin ms dbil de todas, pero es la responsable de la estructura general del Universo. Es inversamente proporcional al cuadrado de la distancia entre las partculas y es conservativa. Interaccin electromagntica. La interaccin electromagntica afecta a las partculas con carga elctrica o con momento magntico, as como a los fotones. Su descripcin se hace a partir de las leyes de Maxwell y su alcance es infinito. Gracias a ella se pueden explicar fenmenos tan diversos como los elctricos, los magnticos, la interaccin entre la luz y la materia, las ondas electromagnticas (cmo funciona un telfono mvil?), las fuerzas elsticas que se dan en un muelle, la estructura interna de la materia a escala atmica y molecular, as como la qumica. Es una interaccin inversamente proporcional al cuadrado de la distancia entre las partculas y es conservativa. Interaccin nuclear fuerte. La interaccin nuclear fuerte afecta a los quarks, y por tanto, a los hadrones. Es la ms intensa de las cuatro y se denomina tambin interaccin fuerte o interaccin hadrnica. Su alcance es muy corto, reducindose prcticamente a cero para distancias superiores a 10-15m, por lo que no tiene influencia en la Qumica, por ejemplo. Gracias a esta interaccin se puede explicar la estabilidad nuclear y muchos procesos nucleares. Interaccin nuclear dbil. La interaccin nuclear dbil se produce entre partculas leptnicas o hadrnicas. Explica algunos procesos nucleares, como la desintegracinde los ncleos, en la que un neutrn se transforma en un protn y un electrn, generndose tambin un antineutrino electrnico. Tambin explica las transformaciones entre leptones, como la desintegracin del taun. Su intensidad es mucho mayor que la fuerza gravitatoria, pero es menor que la fuerza electromagntica. Tambin se denomina interaccin dbil. nteracciones y partculasCuando se aplican los principios de la Fsica cuntica al estudio de las partculas subatmicas se explica la interaccin entre dos partculas por el intercambio de una tercera, que recibe el nombre departcula de campoobosones gauge. Es esta partcula la que origina la fuerza o interaccin entre las dos partculas materiales. Esta idea de transmisin de la fuerza mediante una partcula inermedia se debe aHideki Yukawa, que en 1934 propuso la existencia de una partcula, elmesnopin, para describir la interaccin entre los nucleones. Segn esta hiptesis, cada nuclen est emitiendo y reabsorbiendo continuamente piones virtuales, los cuales lo rodean como un enjambre. Cuando estn cerca, dos nucleones intercambian un pin. La transferencia de momento lineal produce un efecto de fuerza.Los nucleones emisores no pierden masa, luego a los piones virtuales slo se les permite su breve existencia por el principio de incertidumbre. Para crear "piones reales", la masa que se pierde se debe suministrar por la energa de un choque.Actualmente se denominangluonesa las partculas intermedias responsables de la interaccin fuerte. En el siguiente esquema se muestra como un quarkurojose convierte en un quarku azuly viceversa, mediante unglun intermedio; mediante este proceso se explica la interaccin fuerte.

Bibliografahttp://particleadventure.org/particleadventure/spanish/history/mains.html

http://particleadventure.org/particleadventure/spanish/index.html

http://www.mipagina.cantv.net/aquilesr/universo_subatomico.htm

http://www.astroscu.unam.mx/Divulgacion/HIPERCURSO/FISICA/PART/particulas-fuerzas.html

http://palmera.cnice.mecd.es/~fbarrada/mapa.html

E.A.P de Ingeniera MetalrgicaPgina 1