HISTORIA DE LA FÍSICA DE
PARTÍCULAS
¿Cómo empezó todo?
 La gente se planteaba dos preguntas:
 ¿De qué están hechas las cosas?
 ¿Por qué la materia se mantiene unida?
 Debe existir algo (fuerza) que mantiene unidas las
cosas.
 Aparentemente no tienen relación, pero
como veremos están muy relacionadas
Un poco de historia
 Todo esto comenzó hace más de 2000 años, en la antigua
Grecia. Observaron que hay muchas formas de materia.
(madera, metales, tierra, el viento…)
 ¿No puede ser que todas las cosas estén compuestas por
los mismos ingredientes?
 624-547 A.C. Thales de Mileto postula que el agua es la
sustancia básica de la Tierra. También estaba enterado de
la fuerza de atracción entre imanes y del efecto en el
ámbar, al frotarlo.
Un poco de historia
 Todo esto comenzó hace más de 2000 años, en la antigua
Grecia. Observaron que hay muchas formas de materia.
(madera, metales, tierra, el viento…)
 ¿No puede ser que todas las cosas estén compuestas por
los mismos ingredientes?
 624-547 A.C. Thales de Mileto: el agua.
 500-428 B.C., 484-424 B.C. Anaxágoras y Empédocles.
Anaxágoras postuló que la materia se compone de una
infinita multitud de elementos primarios, sus ideas
fueron un antecedente para la ley de conservación de la
masa. Empédocles redujo estas partes indivisibles a
cuatro elementos: tierra, aire, fuego, y agua.
Un poco de historia
 Todo esto comenzó hace más de 2000 años, en la antigua




Grecia. Observaron que hay muchas formas de materia.
(madera, metales, tierra, el viento…)
¿No puede ser que todas las cosas estén compuestas por
los mismos ingredientes?
624-547 A.C. Thales de Mileto: el agua.
500-424 A.C. Anaxágoras y Empédocles. tierra, aire,
fuego, y agua.
460 - 370 A.C. Demócrito desarrolló la teoría que el
universo está formado por espacio vacío y un número (casi)
infinito de partículas invisibles , que se diferencian unas de
otras en su forma, posición, y disposición.. Toda la materia
está hecha de partículas indivisibles llamadas átomos.
Un poco de historia
 Todo esto comenzó hace más de 2000 años, en la antigua




Grecia. Observaron que hay muchas formas de materia.
(madera, metales, tierra, el viento…)
¿No puede ser que todas las cosas estén compuestas por
los mismos ingredientes?
624-547 A.C. Thales de Mileto: el agua.
500-424 A.C. Anaxágoras y Empédocles. tierra, aire,
fuego, y agua.
460 - 370 A.C. Demócrito: la materia está hecha de
átomos.
Su principal problema es que no tenían instrumentos de
medida.
Un salto en el tiempo
 En el siglo XIX (¡¡más de 2000 años después!!)
experimentos de química muestran que las sustancias
cuando se combinan lo hacen siempre en las mismas
proporciones.
 1804. Dalton interpreta que la materia está compuesta
por átomos que son indivisibles y distintos para cada
elemento químico
 1869. Mendeleiev observa que los átomos presentan una
serie de propiedades que se repiten y los clasifica en la
tabla periódica
Un salto en el tiempo
 En el siglo XIX (¡¡más de 2000 años después!!)
experimentos de química muestran que las sustancias
cuando se combinan lo hacen siempre en las mismas
proporciones
 1804. Dalton interpreta que la materia está compuesta
por átomos que son indivisibles y distintos para cada
elemento químico
 1869. Mendeleiev observa que los átomos presentan una
serie de propiedades que se repiten y los clasifica en la
tabla periódica
 Es una buena teoría, pero hay muchos átomos distintos
¿No puede ser que estén todos formados por los mismos
ingredientes?
Se da un paso más adelante
 A finales del siglo XIX, se producen una serie de descubrimientos
extraordinarios
 1895. Wilhelm Röntgen descubrió los rayos X.
 1898. Marie y Pierre Curie separaron los elementos radioactivos.
 1898. Joseph Thomson identifica los rayos beta como partículas del
átomo a las que llama electrones con carga negativa y una masa de
0.0000000000000000000000000000001 kg. ¡¡El átomo no es indivisible!!
Thomson descubrió la primera partícula
que a día de hoy sigue siendo elemental,
el electrón.
Entramos en el siglo XX
 El siglo XX fue un siglo de oro para la Física que revolucionó el mundo!!!
 1909. Hans Geiger y Ernest Marsden, bajo la supervisión de Ernest
Rutherford, dispersaron partículas alfa mediante una hoja de oro y
observaron, a veces, grandes ángulos de dispersión; sugirieron que los
átomos tienen un núcleo pequeño y denso, cargado positivamente.
Entramos en el siglo XX
 El siglo XX fue un siglo de oro para la Física que revolucionó el mundo!!!
 1909. Hans Geiger y Ernest Marsden, bajo la supervisión de Ernest
Rutherford, dispersaron partículas alfa mediante una hoja de oro y
observaron grandes ángulos de dispersión; sugirieron que los átomos
tienen un núcleo pequeño y denso, cargado positivamente.
 1911. Victor Franz Hess, físico estadounidense de origen austríaco,
demostró en el año 1911 que la ionización atmosférica aumenta con la
altitud, y concluyó que la radiación debía proceder del espacio exterior.
Entramos en el siglo XX
 El siglo XX fue un siglo de oro para la Física que revolucionó el mundo!!!
 1909. Hans Geiger y Ernest Marsden, bajo la supervisión de Ernest




Rutherford, dispersaron partículas alfa mediante una hoja de oro y
observaron grandes ángulos de dispersión; sugirieron que los átomos
tienen un núcleo pequeño y denso, cargado positivamente.
1911. Victor Franz Hess, físico estadounidense de origen austríaco,
demostró en el año 1911 que la ionización atmosférica aumenta con la
altitud, y concluyó que la radiación debía proceder del espacio exterior.
1913. Niels Bohr tuvo éxito al construir una teoría de la estructura
atómica, basándose en ideas cuánticas.
1919. Ernest Rutherford encontró la primera evidencia de un protón.
1931. James Chadwick descubrió el neutrón.
Entramos en el siglo XX
 El siglo XX fue un siglo de oro para la Física que revolucionó el mundo!!!
 1909. Hans Geiger y Ernest Marsden, bajo la supervisión de Ernest





Rutherford, dispersaron partículas alfa mediante una hoja de oro y
observaron grandes ángulos de dispersión; sugirieron que los átomos
tienen un núcleo pequeño y denso, cargado positivamente.
1911. Victor Franz Hess, físico estadounidense de origen austríaco,
demostró en el año 1911 que la ionización atmosférica aumenta con la
altitud, y concluyó que la radiación debía proceder del espacio exterior.
1913. Niels Bohr tuvo éxito al construir una teoría de la estructura
atómica, basándose en ideas cuánticas.
1919. Ernest Rutherford encontró la primer evidencia de un protón.
1931. James Chadwick descubrió el neutrón.
Mientras, entre 1907 y 1917 Albert Einstein apoyado en postulados de
Planck identifica el fotón como el responsable de los Rayos X y lo
propone como responsable de la fuerza electromagnética.
Recapitulemos
 Modelo atómico con electrones y núcleo
formado por protones y neutrones
 Fuerza electromagnética mediada por
fotones
 Parece que ya lo sabemos todo … ¿o no?
 Algunas preguntas
 ¿Qué mantiene los núcleos unidos?
 ¿Por qué en la radiación beta no hay balance
energético?
Nuestra historia continúa
 1933-1934. Pauli dice que debe haber una partícula
sin carga y con una masa muy pequeña que se lleva
parte de la energía en las desintegraciones beta.
Es una partícula fantasma…
Muy difícil de detectar, la llaman
neutrino
 1933-1934. Yukawa dice que debe haber una nueva
fuerza (fuerza fuerte) que mantenga los núcleos
unidos. Está relacionada con una partícula 200
veces más pesada que el electrón.
Nuevos personajes
 Una serie de experimentos ponen de manifiesto que los
rayos cósmicos están formados por partículas cargadas,
principalmente protones, pero hay más cosas…
 ¡¡Se encuentra en los rayos cósmicos una partícula como
la que dice Yukawa!!
Nuevos personajes
 Una serie de experimentos ponen de manifiesto que los
rayos cósmicos están formados por partículas cargadas,
principalmente protones, pero hay más cosas…
 ¡¡Se encuentra en los rayos cósmicos una partícula como
la que dice Yukawa!!
 Pero no es la que queremos, porque al igual que el
electrón no interacciona con la fuerza fuerte ¿Entonces
que es?… Lo llamaremos m
 Diez años después encontramos la partícula que Yukawa
buscaba, y la llamamos p
Ya lo tenemos todo y lo entendemos
todo, hemos acabado…
Recapitulemos… de nuevo
 Modelo atómico con electrones y núcleo
formado por protones y neutrones.
 Fuerza electromagnética mediada por
fotones.
 Parece que ya lo sabemos todo … ¿o no?
 Algunas preguntas
 ¿Qué mantiene los núcleos unidos? (El pión)
 ¿Por qué es así la radiación beta? (Por que el
neutrino se lleva parte de la energía y no se
detecta)
La historia interminable
 Mientras seguíamos analizando los rayos cósmicos,
encontramos otra partícula, el Kaón, una partícula realmente
“extraña”. Bueno, sólo es una partícula más…
 Aparecen 4 nuevas partículas, la familia de las Deltas. Bueno,
solo son 5 partículas más…
 En los años siguientes aparecen más de 20 nuevas
partículas… A lo mejor aún no lo hemos entendido todo. Hay
demasiadas partículas, ¿No puede ser que estén todas
formadas por los mismos ingredientes?
g
e
m
p, n
p
K
D0, D-, D+, D++
r, w, j, L, X, ...
Los quarks
 Los físicos desarrollan un nuevo modelo: las partículas que
sienten la interacción fuerte están formadas por partículas
más pequeñas llamadas quarks
 Protón:
uud
 Pión:
 Kaón:
ud
sd
 Recordad que en la materia ordinaria (neutra) por cada
protón (2u+1d) tenemos 1 electrón en los átomos
Los quarks y los colores
 Los quarks son partículas que interaccionan
fuertemente (a través de gluones).
 No es posible encontrarlos libres, y siempre
aparecen formando partículas (hadrones).
Los quarks tienen una propiedad
llamada color (R, A, V) y se combinan
para formas partículas no coloreadas:
Mesón-> quark + anti-quark (π, K, …)
Barión-> combinaciones de tres quarks
(p, n, Δ, …)
Resumiendo los Quarks
-Tenemos una familia de partículas llamadas Quarks que se
combinan para formar “casi” todas las partículas que
existen en la naturaleza. Protones, Neutrones, Kaones…
Pero… ¿Que sucede con las partículas que quedan?
Los leptones
 Los leptones son los componentes de la materia
que no interaccionan con la fuerza fuerte
 Si están cargados tendrán interacciones
electromagnéticas (mediante fotones) y si no
solamente interacciones débiles (W y Z)
 Dentro de los leptones tenemos las partículas
más escurridizas que se conocen, los neutrinos,
que sólo interaccionan de forma débil y
necesitamos detectores muy masivos (del
tamaño de una casa) para poder verlos
Los leptones
De nuevo tenemos una familia de partículas llamadas
leptones entre las que se encuentran el electrón, el
muón, la partícula tau y tres partículas “fantasmas”
llamadas neutrinos.
Y… ¿que pasaba con las fuerzas?
Los bosones y las fuerzas
 En la naturaleza existen 4 fuerzas:
 Fuerza fuerte
1
 Fuerza electromagnética
 Fuerza débil
0.0073
0.000000001
 Fuerza gravitatoria
0.00000000000000000000000000000000000001
A ver… familia de quarks, familia de leptones, las fuerzas
mediadas por bosones…
QUE LIO!!!!
Resumiendo…
 Esta es nuestra
nueva tabla
periódica de los
“elementos”:
 Toda la materia
conocida esta
formada por
combinaciones
de estas
partículas.
Fin…
 Nooo!!
 Aún queda una pregunta … Ya sabemos de
que está formada la materia que
conocemos… pero… ¿De donde sale la masa
de las partículas elementales?
 Y más cosas …
El mecanismo de Higgs
 1964. Peter Higgs, François Englert y Robert
Brout postulan el Mecanismo de Higgs.
 El Mecanismo de Higgs consiste en un campo
que interactúa con las partículas dotándolas de
masa. Asociado a ese campo debe existir el
denominado bosón de Higgs. Hay signos
(débiles) de su existencia.
La materia y energia oscuras
 Un 96% (!!!) del universo nos es desconocido
 F. Zwicky (J. Oort) en 1932 : velocidad de rotación
de estrellas en galaxias espirales
 Materia que no absorbe ni emite luz
 Todavia desconocida !
 La energia oscura explica la aceleración en la
expansión del universo
Antimateria
Fin ... de la presentación
Descargar

Presentación: Historia de la Física de Partículas