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El modelo estándar de partículas

El pasado viernes 3 de noviembre tuvimos una estupendísima charla de nuestro compañero socio Santiago Ferrer. El tema fue el Modelo Estándar de Partículas. El tema era espeso, pero Santiago se explicó muy bien, y algo entendimos. Aquí va mi resumen de la charla, y las fotos del evento.

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La presentación de la conferencia.

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Una toma de los asistentes.

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Primero, ¿qué es el Modelo Estándar? Es el modelo que actualmente se considera válido para explicar los componentes fundamentales de la materia y el universo, y las fuerzas, partículas y campos que lo constituyen. El Modelo Estándar no es la obra de un solo genio, sino la obra plural de miles de científicos. Los científicos se dividen en dos grupos: teóricos y experimentadores. Es muy complicado que un científico sea ambas cosas.

Las explicaciones y teorías sobre los constituyentes últimos de la materia son muy antiguas. El primero que habló de “átomos” fue el filósofo griego Demócrito (460-370 a.C).

Podríamos caer en el error de reírnos de la teoría de Demócrito. Podríamos pensar que es simple. Pero fue un logro intelectual sin precedentes, dadas las condiciones en las que el filósofo griego desarrolló su teoría.

De Demócrito saltamos a Dalton. Dalton fue un químico. Fue el primer científico en publicar una tabla de pesos atómicos. Estudió seis elementos, y al átomo de hidrógeno le dio el peso de la unidad.

De Dalton pasamos a Mendeléyev. Creó la tabla periódica de los elementos para ordenar los elementos que descubrió. Los elementos están ordenados por su número atómicos (número de protones), por su configuración de electrones y por sus propiedades químicas.


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Otro importante científico fue J.J. Thomson que descubrió el electrón a principios del siglo XX.

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Rutherford descubrió el protón.

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Y Bohr ya dio con la configuración aceptada hoy en día del átomo. con un núcleo de protones y neutrones, y los electrones alrededor en distintos niveles de energía.

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Las partículas atómicas no se pueden ver por medios ópticos.

Dejamos atrás la breve historia de la búsqueda del átomo, y nos centramos en el Modelo Estándar. Hay dos tipos de partículas:

  1. Partículas compuestas, llamadas Hadrones. Hay dos tipos de Hadrones: 1.1. Bariones (Protones y neutrones) Tienen espín fraccionario. 1.2. Son Piones, Kaones, etc. Tienen espín entero o 0
  2. Partículas fundamentales. Son aquellas que no están compuestas de otras partículas. No se pueden dividir. Hay dos tipos fundamentales, Fermiones y Bosones. A su vez, hay dos tipos de Fermiones : 2.1. Leptones (electrón, muón, tau, y los neutrinos (de tres tipos): neutrino electrónico, neutrino muónico y neutrino Tau. 2.2. Quarks. Están confinados dentro de protones y neutrones. Están unidos por la fuerza fuerte. Hay seis tipos de quarks: Up, Bottom, Down, Charm, Strange y Top

Abajo, Santiago explicando qué es el Momento Angular.

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Además de partículas, el Modelo Estándar también habla de las fuerzas que hay en el Universo. Hay cuatro Fuerzas Fundamentales:

  1. Fuerza fuerte. Mantiene al núcleo unido. Es transmitida por los Gluones.
  2. Fuerza electromagnética. Tiene que ver con las cargas eléctricas de las partículas. Es transmitida por los Fotones.
  3. Fuerza débil. También conocida como desintegración beta. Es transmitida por los bosones W y Z.
  4. Gravitatoria. Más cercana a la teoría de la Relatividad de Einstein. Se piensa que puede ser transmitida por los Gravitones. Pero éstos no han sido encontrados todavía. Es difícil hacer encajar Relatividad y Modelo Estándar. Y se piensa que hacen falta aceleradores de partículas mucho más potentes para hallar gravitones.

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Además, hay que hablar del Bosón de Higgs y del campo de Higgs. Se encargan de darle masa a las partículas. No se sabe todavía cómo las partículas cogen diferentes masas.

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Para finalizar la charla, Santiago habló de los aceleradores de partículas. Son los instrumentos que tienen los científicos para estudiar las partículas subatómicas. Hace falta mucha tecnología para hacer un acelerador. El tubo por donde corren las partículas debe tener un vacío casi perfecto. Las partículas son encauzadas por campos magnéticos. Hace falta usar semiconductores que han de ser enfriados hasta casi el cero absoluto. De cada 300 millones de protones que se lanzan a chocar solo unos 100 llegan a chocar y dar datos interesantes. Lo que sucede en el acelerador es analizado con complicadísimos programas de ordenador.

Dos curiosidades:

  1. Hace falta la energía de dos centrales nucleares para satisfacer las demandas energéticas de los aceleradores.
  2. Todo el tramo del acelerador debe estar protegido frente a un posible escape de radiación.

Las interacciones entre partículas son pasadas por varias “capas de cebolla”, donde cada capa analiza una cosa diferente.

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Abajo, las cosas que todavía no puede explicar el Modelo Estándar.

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En fin, una estupenda charla. El tema era denso, pero Santiago se explicó bien.

Hasta la próxima, compañeros.

Fotos y texto: Andrés Paños "Posete"

 

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