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Modelo estándar de la física de partículas
El modelo estándar de la física de partículas es
una teoría relativista de campos cuánticos desarrollada entre 1970 y 1973
basada en las ideas de la unificación y simetrías que describe la estructura
fundamental de la materia y el vacío considerando las partículas elementales
como entes irreducibles cuya cinemática está regida por las cuatro
interacciones fundamentales conocidas.
En física de partículas, se denomina fuerza fundamental a cada una de las clases de interacciones entre las partículas subatómicas:
Las fuerzas de gravedad son tan débiles a escalas nucleares que son despreciables en los experimentos actuales.
Las fuerzas débiles son responsables de la desintegración beta (decaimiento beta+ y beta-).
Las fuerzas electromagnéticas son ampliamente
conocidas (campos eléctricos y magnéticos).
La fuerza nuclear fuerte incluyen a las fuerzas que mantienen a los núcleos atómicos unidos, la interacción de los nucleones con los mesones pi y a la producción de partículas extrañas. En general abarca las interacciones entre hadrones.
La fuerza nuclear fuerte incluyen a las fuerzas que mantienen a los núcleos atómicos unidos, la interacción de los nucleones con los mesones pi y a la producción de partículas extrañas. En general abarca las interacciones entre hadrones.
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Estructura Atómica
Desintegración alfa, beta y gamma
DESINTEGRACIÓN ALFA
La desintegración alfa o
decaimiento alfa es una variante de desintegración radiactiva por la cual un
núcleo atómico emite una partícula alfa y se convierte en un núcleo con cuatro
unidades menos de número másico y dos unidades menos de número atómico.
Se le puede
considerar emisión espontánea de núcleos de Helio-4 (4He2+),
en adelante partículas α, a partir de núcleos de átomos más pesados, mediante
un proceso de fisión nuclear espontanea. Este tipo de
desintegración es típico únicamente de los núcleos atómicos muy pesados.
La secuencia
de este fenómeno de desintegración se representa mediante la ecuación
siguiente:
Con el uranio 238, por ejemplo: 
DESINTEGRACIÓN BETA
La desintegración beta, emisión
beta o decaimiento beta es un proceso mediante el cual un nucleido o núclido
inestable emite una partícula beta (un electrón o positrón) para compensar la
relación de neutrones y protones del núcleo atómico. Esta desintegración viola
la paridad.
Cuando la relación entre el
número de protones y el número de neutrones es inestable, algunos neutrones se
convierten en protones, o viceversa. En este tipo de desintegración, el número
de neutrones y protones, o número másico, permanece estable, ya que la cantidad
de neutrones disminuye una unidad y la de protones aumenta así mismo una
unidad. El resultado del decaimiento beta es un núcleo en que el exceso de
neutrones o protones se ha corregido en dos unidades y por tanto resulta más
estable.
Desintegración β–
Un neutrón se convierte en un
protón, un electrón y un antineutrino electrónico:
Ejemplo: 14 6C → 14 7N
+ e–
Desintegración β+
Un protón deviene en un neutrón,
un positrón y un neutrino electrónico:
Ejemplo: 23 12Mg
→ 23 11Na + e+
Diagrama de Feynman, de una
desintegración β–. Mediante este proceso un neutrón puede convertirse en
protón. En la figura uno de los tres quarks del neutrón de la izquierda (quark
d, en azul), emite un bosón W- y pasa a ser un quark (u). El bosón emitido (W-)
se desintegra en un antineutrino y un electrón.
RADIACIÓN GAMMA
La radiación gamma o rayos gamma
(γ) es un tipo de radiación electromagnética, y por tanto constituida por
fotones, producida generalmente por elementos radiactivos o por procesos
subatómicos como la aniquilación de un par positrón-electrón. También se genera
en fenómenos astrofísicos de gran violencia.
Aniquilación de un par positrón-electrón con radiación gamma
Los rayos gamma se producen por
desexcitación de un nucleón de un nivel o estado excitado a otro de menor
energía y por desintegración de isótopos radiactivos.
Debido a las altas energías que
poseen, los rayos gamma constituyen un tipo de radiación ionizante capaz de
penetrar en la materia más profundamente que la radiación alfa y la beta.
Pueden causar grave daño al núcleo de las células, por lo cual se usan para
esterilizar equipos médicos y alimentos.
Esquema de descomposición de Cobalto-60.
Esquema de descomposición de Cobalto-60.
ENERGÍA DE DESINTEGRACIÓN
La energía de desintegración es
la diferencia de energía existente entre las partículas iniciales y las finales
de un proceso de desintegración. Se aplica la relación entre la masa y la
energía:
E = (masa de los partículas iniciales - masa de las partículas finales) · c²
Si la energía, E es positiva, la
reacción es exoérgica o exotérmica; si es negativa la reacción es endoérgica o
endotérmica.
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Física Moderna
LHC
El Gran Colisionador de Hadrones, (en inglés Large
Hadron Collider, LHC) es un acelerador y colisionador de partículas ubicado en
la Organización Europea para la Investigación Nuclear (CERN, sigla que
corresponde a su antiguo nombre en francés: Conseil Européen pour la Recherche
Nucléaire), cerca de Ginebra, en la frontera franco-suiza. Fue diseñado para
colisionar haces de hadrones, más exactamente de protones, de hasta 7 TeV de
energía, siendo su propósito principal examinar la validez y límites del Modelo
Estándar, el cual es actualmente el marco teórico de la física de partículas,
del que se conoce su ruptura a niveles de energía altos.
El LHC es el acelerador de partículas más grande y
energético del mundo. Usa el túnel de 27 km de circunferencia creado para el
Gran Colisionador de Electrones y Positrones (LEP en inglés) y más de 2000
físicos de 34 países y cientos de universidades y laboratorios han participado
en su construcción.
Una vez enfriado hasta su temperatura de
funcionamiento, que es de 1,9 K (menos de 2 grados por encima del cero absoluto
o −273,15 °C), los primeros haces de
partículas fueron inyectados el 1 de agosto de 2008, y el primer intento para
hacerlos circular por toda la trayectoria del colisionador se produjo el 10 de
septiembre del año 2008. Aunque las primeras colisiones a alta energía en
principio estuvieron previstas para el 21 de octubre de 2008,4 el experimento
fue postergado debido a una avería que produjo la fuga del helio líquido que
enfría uno de los imanes superconductores.
A fines de 2009 se volvió a poner en marcha, y el
30 de noviembre del 2010 se convirtió en el acelerador de partículas más
potente al conseguir energías de 1,18 TeV en sus haces, superando el récord
anterior de 0,98 TeV establecido por el Tevatrón estadounidense. El 30 de marzo
de 2010 las primeras colisiones de protones del LHC alcanzaron una energía de 7 TeV (al chocar dos haces de 3,5 TeV
cada uno) lo que significó un nuevo récord para este tipo de ensayos. En 2012
el LHC empezó a funcionar a 4 TeV por haz y en febrero de 2013 se paró durante
20 meses para realizar las mejoras necesarias para la operación a la energía
máxima de 7 TeV por haz; la reapertura se previó inicialmente para finales de
2014, aunque todo parece apuntar que ésta se llevará a cabo alrededor del
próximo abril de 2015.
Todos los controles del acelerador, de sus
servicios y la infraestructura técnica están alojados en un mismo lugar en el
Centro de Control del CERN. A partir de aquí, los haces de partículas en el interior del LHC
se hacen colisionar en cuatro lugares alrededor del anillo acelerador, que
corresponden a las posiciones de los cuatro detectores de partículas: ATLAS ,
CMS , ALICE y LHCb.
FUNCIONAMIENTO DEL LHC:
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Física Moderna
Felices Fiestas
Quiero despedir este año agradeciendo a todos los visitantes del Blog y especialmente a mis alumnos, por haber llegado en 4 años a los 2.000.000 de visitas.
Y para que a la vuelta de las vacaciones estemos todos con las pilas cargadas, me adhiero a la magnífica carta del profesor Pablo Poó Gallardo (Profesor de Lengua castellana y Literatura en la
ESO), que comparto con vosotros a modo de reflexión.
Podéis encontrar la carta en el siguiente link:
Espero que estés fastidiado por haber suspendido. Si te da igual es una
mala, muy mala señal.
Siempre me preguntas lo mismo: "¿Para qué quiero estudiar si yo
voy a trabajar en el campo?" o "¿Para qué quiero estudiar Lengua si
voy a ser peluquera?". No sabes nada de la vida; y no lo sabes porque lo
tienes todo. A pesar de que en casa no entra mucho dinero, nunca te ha faltado
de nada, porque tienes unos padres que se parten el lomo por ti para que,
precisamente, nada te falte: tienes tu móvil, tus sudaderas un tanto horteras,
te pagan tus botellones, tus videoconsolas. De puta madre todo.
Pero la vida no tiene nada que ver con la burbuja utópica en la que os
envolvemos durante toda la ESO. La vida es una putada; y no te espera, no te
comprende y no te hace recuperaciones. ¿Crees que cuando vayas a echar una beca
fuera de plazo te van a aceptar la solicitud? Aquí puedes traer la autorización
para una excursión cuando te salga del alma, hasta te la cogemos en la misma
puerta del bus: pobrecito, no se vaya a traumatizar. ¿Crees que si no llegas a
la nota media del ciclo que quieres estudiar vas a entrar por tu cara bonita?
No, te vas a quedar en tu casa y te vas a comer tu título de secundaria con
patatas.
La vida no es la ESO, desconfía de todos aquellos que quieren que seas
feliz entre los 12 y los 16. Cuando seas mayor de edad les vas a importar un
pimiento: "Hicimos todo lo que pudimos, adaptamos las asignaturas que no
aprobaba, firmamos compromisos educativos por su mal comportamiento, le hicimos
rellenar cuatrocientas doce fichas de reflexión... no entiendo qué pudo
pasar". Pasó que menos prepararos para la vida, hacen con vosotros de
todo; y luego, en tu ciclo, cuando te pongan un examen de más de dos temas, no
vas a tener genitales de aprobarlo. No porque seas tonto, sino porque no te
hemos enseñado a estudiar, ni a esforzarte, ni a pensar. Y dejarás el ciclo y
volverás a tu casa con un papel que pone que has terminado la ESO y que ya me
contarás para qué te sirve. Pero los que quisieron hacerte feliz hasta los 16,
hicieron todo lo que pudieron, no vayas a pedirles cuentas. Estarán liados con
otra generación.
A mí me importas de verdad porque nuestra relación no se acaba cuando
cumplas dieciséis, yo he firmado contigo un contrato de por vida.
¿Qué clase de contrato vas a firmar, si no te enteras de lo que pone en
los textos que leemos en clase? Cuando te des cuenta, y eso con suerte de que
te contraten, habrás estampado tu firma sobre un sueldo de mierda o sobre una
jornada laboral eterna. Y si no haces lo que te dicen y como te lo dicen, a la
calle. No eres especial, hay treinta más como tú deseando coger ese hipotético
puesto de trabajo. Hipotético significa supuesto. Supuesto, imaginado.
No te hace falta el Romanticismo para trabajar en el campo, tampoco
para coger rulos, pero sí para saber que, hace doscientos años, unos cuantos
tuvieron el valor suficiente para hacerles frente a las normas de una sociedad
que creían injusta, con la que no se sentían identificados. Y tú, que no tienes
referentes culturales, que leemos cualquier texto y, en cada línea, hay tres
palabras que no entiendes porque es la primera vez que las escuchas, pensarás
que hay cosas imposibles porque, simplemente, mientras rellenabas fichas de
reflexión, nadie te enseñó que, antes que vuestra merced, varias generaciones
ya lo habían conseguido.
Cuando te hablen desde el atril, aplaudirás como un idiota, te creerás
sus monsergas; y todo porque no tienes sentido crítico. Porque nos tienen tan
ocupados con la burocracia y con las nuevas triquiñuelas de cada ley educativa
que nos imponen para aprobaros por la cara que ya no os enseñamos a pensar. Te
echarás piedras sobre tu propio tejado sin darte cuenta, pero luego irás al bar
y, en la barra, repetirás lo que quieren que repitas y, entre tus chapucillas y
el paro, irás tirando.
Que no, que la vida no es como la ESO. Que estudiar asignaturas
distintas te sirve para ampliar tu cultura y, con ella, tu mente. Parece
mentira pero, en las mentes abiertas, es más difícil entrar. Una mente simple
se conquista fácilmente, solo tiene una puerta. No puedes terminar una maratón
si nunca has entrenado, por mucha capacidad física que tengas. No puedes
terminar un ciclo o un bachillerato si antes no has adquirido un método y un
hábito de esfuerzo y estudio.
Siéntete mal por no haber aprobado, piensa que tu futuro depende en
gran parte de lo que hagas ahora. Y, a partir de enero, vas a venir aquí a
dejarte la piel: vas a dejar de dormir en clase y pensar que no puedes solo
porque no lo intentas; vas a demostrar que no necesitas que te bajemos el
nivel, porque sabes que tienes capacidad de sobra. A partir de enero me vas a
entregar todo lo que te pida y como te lo pida, porque si no, pequeño, estás
perdido. No ahora, seguramente te sacarás el título. Lo sabes tú y lo sé yo.
Pero a mí me importas de verdad porque nuestra relación no se acaba
cuando cumplas dieciséis, yo he firmado contigo un contrato de por vida.
Ranura Simple de Fraunhofer
Este experimento es otro intento de visualizar más claramente la
naturaleza de la difracción por rendija simple. El fenómeno de la difracción
consiste en la difusión de las ondas que han pasado a través de aberturas, cuyo
ancho están en el orden de la longitud de onda de la onda.
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Vibraciones y Ondas
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