Pues como estáis viendo, vamos a ver la segunda parte de partículas
elementales. Es una presentación que contiene 27 diapositivas y como las
otras que he ido haciendo, las podéis descargar de Cadena Campus. Bueno,
esta diapositiva ya la vimos en la primera presentación. Nos indica en el
eje X tenemos el tiempo y en el eje Y tenemos la escala logarítmica del
número de ladrillos fundamentales de los que está compuesta la materia. Y
hemos oscilado entre los cuatro que había en la época de Demócrito, 400
a.C., hasta los dos que hubo poco después de 1980, de 1900, perdón, en la
electrónica del protón. Y luego ha habido un crecimiento espectacular.
Partículas subatómicas, luego el modelo Quark y los leptones. Volvemos a
bajar el número. Y estamos ahora a finales de la década, bueno, a finales
no, estamos en el principio de la década de los 2010, entonces en el 2012.
Y como veis el interrogante que aparece aquí, pues estamos en un momento
en el cual se está generando cada vez más partículas constituyentes de
la materia. La materia fundamental. Veremos lo que nos depara el futuro.
Vamos a hablar del modelo Quark, o si lo queremos pronunciar originalmente
en inglés, Quark. Recordad que era la onomatopeya del sonido que producen
las gamiotas. Bueno, pues actualmente creemos que los Quark son los
constituyentes fundamentales de los mesones y los baryones, que lo vimos en
la anterior diapositiva. Está el Quark arriba, aquí lo tenemos, el Quark
arriba, su carga es más 2 tercios. El electrón, los Quarks tienen cargas
fraccionarias. Y está el Quark abajo, que tiene menos 1 tercio de la carga
del electrón. Por tanto, un protón está compuesto de dos Quarks arriba y
un Quark abajo. Lo veis ahí en el ciclo de arriba. Y en el ciclo inferior
está el neutrón, que está compuesto de un Quark arriba y dos Quark
abajo. En inglés, up and down. Arriba y abajo. Bueno, ¿quién metió la
palabra Quark? Pues fue este señor que está aquí abajo a la izquierda,
Murray Hellman, premio Nobel de Física, que allá por los años sesenta y
tantos, 63 o por ahí, leyendo un libro de James Joyce, el libro que
aparece aquí, Feeling as Wake, pues leyendo uno de los párrafos, como
vamos a ver a continuación, pues se le ocurrió el nombre. En fin, que
además de ser un buen físico, pues era una persona muy creativa. Murray
Hellman encontró la palabra Quark. En ese libro que os he comentado antes,
de James Joyce, en el párrafo que tenemos aquí, marcado en amarillo. Y
dijo, hablando sobre este hecho, en 1963, dice, cuando asigné el nombre
adecuado a los constituyentes fundamentales de los nucleones, yo tenía el
primer sonido sin ortografía que podía haber sido Quark. Es decir, no
tenía en mente, pero no sabía cómo escribirlo. Luego, en una de mis
ocasionales lecturas de Feeling as Wake, voy a decir la ley varias veces,
de James Joyce, me crucé con la palabra Quark en la frase. Entonces, Quark
fue el intento de rimar con Mark, con Mark y con algunas otras palabras. La
frase Tres Quarks se dejaba perfectamente bien en 1963, ya que en ese
tiempo solo se consideraba, no se conocían, Tres Quarks. Y entonces
estaban agrupados en un grupo de tres en el interior de los barrios. En el
libro de Joyce, Quark tomó un significado como el espíritu de las
gaviotas, como Quack para los patos, una onomatopeya. Y esta palabra
también es un juego de palabras entre Malmster y su capital provincial,
Cork, donde el original Joyce vivía por aquí atrás. Bueno, pues hay una
cosa muy importante de los Quark, es que no se encuentran aislados. Es
decir, los Quark se encuentran siempre confinados, no podemos encontrar
ningún Quark libre. La naturaleza de los Quark se encuentra en el interior
de los hadrones, en grupos de tres. O en grupos de dos si son mesones,
recuerda que los hadrones sirven de un gran de familia. Bariones y mesones,
lo vimos en la anterior diapositiva y luego posteriormente vamos a hablar
sobre ellos. En los bariones hay tres Quarks o bien tres anticuarkas. Y en
los mesones, dos Quarks. La materia, pues hasta el momento hemos
identificado doce ladrillos fundamentales, pero esta subdivisión es
infinita. Aparecerán más en la homenaje. Creemos que no, pero las
evidencias de ahora mismo parece que cada vez tenemos más constituyentes.
Pero en principio, nuestro universo conocido está hecho solamente de
cuatro de estos doce constituyentes. Aquí los tenéis. El electrón, el
neutrino electrónico, el Quark abajo o down y el Quark arriba o up. Estos
cuatro ladrillitos, dos lectones y dos Quarks, constituyen todos los
ladrillos del edificio de... ...el universo en el que nos movemos. Pero
existen tres generaciones o familias de materia. Es decir, la naturaleza ha
replicado tres veces los componentes de la primera familia. Conocemos las
tres generaciones y no hay nada que indique la existencia de más conjuntos
de Quarks y lectones. Pero sí se especula que pueda haber otros ladrillos
que sean parte de lo que se denomina la materia oscura. En inglés, Dark
Matter. Toda la materia visible al universo, hoy en día y tal y como la
conocemos, está hecha a base de la primera generación de la materia.
Bueno, aquí tenemos las tres generaciones. Se miran en vertical. La
generación uno, os la estoy aquí marcando, es el electrón, el neutrino
electrónico, el Quark down y el Quark up. La segunda generación está
formada por el muón, el neutrino muónico, el Quark extraño, strange...
...o el Quark encantado o charma. Y la tercera generación es la que está
formada por el leptón tau, subneutrino asociado, el neutrino tau único y
dos quarks, que son el bottom... ...podría ser la parte de abajo de algo,
y el top, que es la parte de arriba o cima. Vemos luego que el botón en
lenguaje coloquial significa otra cosa. Veis que cada generación está
compuesta por dos quarks y dos lectones. Los quarks tienen cargas
fraccionarias. Los de arriba, los de aquí, todos más dos tercios de la
carga del electrón, del valor absoluto. Los de esta fila, menos un tercio
del valor absoluto de la carga del electrón. Los neutrinos, aquí los
tenéis. Los neutrinos, pues sabemos que son sin carga. Hasta hace poco se
veía que sin masa, pero parece ser que tienen algo de masa. Y en esta fila
tenemos los lectones que tienen carga negativa. Por tanto, la materia
conforme la conocemos está hecha de seis lectones... En todo evento, lo
que aparece aquí es la carga del electrón, que todos sabéis... ...cuál
es el valor que tiene la carga del electrón. 1.6 por i elevado a menos 19.
Muy bien. Aquí tenemos la masa de los quarks. El up, down, strength,
sharp, bottom y top. La masa en reposo o en Heft partido por c al cuadrado.
Y bueno, pues estos son relativamente ligeros. Si os dais cuenta de que
estos de aquí son 5 MeV. Y este de aquí son 175 Heft. O sea que este es
bastante... ...bastante gordito, por decirlo así, el quark top. Por tanto,
costó mucho generarlo en el laboratorio porque tiene mucha masa en reposo.
175 Heft partido por c al cuadrado. O sea que los seis quarks los tenéis
aquí. Son bastante diferentes en masas. Y aquí es una representación de
ellos. Aquí lo tenéis. El quark arriba. El quark abajo. El quark
encantado. Un trébol de cuatro hojas. El quark strange. Martiano. El quark
top, que es la parte de arriba de algo. Pues podría ser un gorro. Un gorro
que va colocado en la cabeza de un señor. También puede ser la cima de
una montaña. Y el quark bottom, que es la parte de abajo de algo. En
lenguaje coloquial, bottom... ...en inglés, en el inglés coloquial,
bottom... ...pues significa allá donde la espalda pierde su casto y
pudoroso nombre. No hace falta que os lo verifiquéis. Bueno, pues además
los quarks los podemos identificar como hay seis sabores diferentes. Seis
sabores diferentes de quark, como si fueran unos helados. Y cada quark es
un sabor. Además, cada antiquark tiene un antisabor. Es decir, que están
estos seis quarks y sus seis antiquarks asociados. El anti arriba, el anti
abajo, bla, bla, bla. Los quarks tienen también una propiedad que,
graciosamente... ...los físicos teóricos están graciosos. No puedo
meterme con el colectivo al que pertenezco... ...pero la verdad es que son
gente muy... ...muy... ...bueno, que tienen buenas ideas y muy ingeniosas.
Pues una propiedad que tienen, que tiene las propiedades de carga...
...pues se le dio... ...se lo ha puesto como nombre de color. Y los quarks
tienen tres colores. Rojo. Verde. O azul. Y sus antiquarks tienen sus
anticolores. Antirrojo, antiverde y antiazul. Los estoy mostrando en la
tabla esta que tenemos aquí a la derecha. Entonces si me voy a la de la
izquierda... ...pues vemos que los quarks... ...transportan color. Es
decir, están coloreados. Los antiquarks también están coloreados. Tienen
un anticolor. Esto es equivalente a las cargas positivas y negativas. Y
neutras. Tienen una propiedad de carga. Y los gluones... ...que son unas
partículas que se intercambian. Que lo veremos luego a continuación.
Transportan... ...las dos cosas. Color y anticolor. Y no lo tienen porque
es el mismo color y anticolor. Aquí lo tenéis. Rojo y antiazul. Por
ejemplo. Bueno, esto como veis empieza a complicarse. Pero estamos a nivel
de segundo de grado en física. Pues tenemos que tener una noción. Pero
tampoco podemos ser expertos en esto. Esto es tremendamente complicado.
Esta es una... ...diapositiva sacada del Tipler. Donde están aquí...
...los seis quarks. O sea, los quarks de seis sabores. Y los seis
antiquarks. Aquí están. Su spin. H barra medios. En la jerga de las
partículas elementales un medio. Las cargas oscilan entre más o menos dos
tercios. O menos un tercio. Una u otra. El número baryónico. La
extrañeza. Claro, el único que tiene extrañeza. Es el extraño. Por
demás no tiene extrañeza. El único que tiene encanto es el encantado. El
único que tiene... ...digamos, altitud... ...es el top. Y el único que
tiene... Vete tú a saber cómo traducir esta palabra. El último...
Perdón, el único... ¡Uy! El único que tiene... ...el único que
tiene... ...la propiedad de estar abajo del todo... ...es el...
...cuadro... ...botón. No sé cómo traducir. Botoninas. La propiedad de
estar abajo. Profundidad. No lo sé. Bueno, y aquí están sus
correspondientes anticuadros. Bueno, esto nos debe dar una idea de lo
espectacularmente... ...atractivo e interesante que es este mundo... ...de
los quarks y anticuadros. Bueno, pues el modelo estándar... ...agrupa dos
teorías importantes. La que se denomina... ...electrodinámica
cuántica... ...y la cromodinámica cuántica. Una tiene que ver con las
propiedades... ...eléctricas... ...y débiles... ...de las partículas. Y
la otra tiene que ver con las propiedades de color. De ahí lo de
cromodinámica cuántica. Eso proporciona una teoría... ...internamente
consistente y muy potente... ...que describe las interacciones... ...entre
todas las partículas observadas experimentalmente. Y qué...
...matemáticas... ...son las que dan soporte a esta teoría... ...al
modelo estándar. Que es mezcla de QVD y QCD. Por eso es el... ...el modelo
estándar. La teoría... ...cuántica de Campos... ...con todo su aparato
matemático que engloba... ...y... ...eso antes se estudiaba en el
último... ...curso de la carrera de Física... ...los que hacían la
especialidad de Física Teórica... ...y puede que aquí en el grado...
...pues como no hemos llegado a él todavía... ...no lo tengo yo muy
claro... ...pero probablemente se estudiará en cuartos... ...de alguna
adaptativa que se podrá hacer en cuartos. Si tenéis oportunidad...
...cogedla por favor, es espectacular. ¿Eh? Modelo estándar...
...electrodinámica cuántica... ...y cromodinámica cuántica. Muy bien.
La electrodinámica cuántica... ...fue desarrollada fundamentalmente
por... ...por muy bastante, ¿no? Pero digamos, podríamos decir que fue...
...Beinberg y Salam... ...ambos premios Nobel de Física... ...muestra que
la... ...electromagnetismo y la iteración móvil... ...son lo mismo. Es
decir, son dos facetas... ...o dos caras de un mismo diamante... ...porque
surgen del intercambio... ...de la misma familia de partículas... ...que
seguida vamos a comentar. En 1971, el físico holandés... ...Tof...
...mostró que la adición del bosón Z0... ...proporcionaba el tipo
justo... ...de infinitos... ...que eliminaban los infinitos procedentes...
...de los WBaseW- ...una cosa muy complicada que se llama renormalización.
Tampoco hace falta que seáis expuestos de eso... ...pero si hago un
infinito y arrastro un infinito... ...puedo obtener una cantidad finita. Un
infinito menos infinito... ...puede ser esa indeterminación... ...que se
puede resolver dando una cantidad... ...finita también. Resolverse más la
indeterminación... ...y que diera infinito o menos infinito. Pero, con las
hábiles... ...las hábiles adiciones... ...de contribuciones de Tof...
...pues logró eliminar los infinitos... ...que aparecían en la teoría. Y
el resultado final de la teoría... ...es que se reduce el número de
fuerzas fundamentales... ...que hemos visto que eran cuatro... ...a solo
tres. La gravedad, la fuerza nuclear fuerte... ...y la electromagnética y
la débil... ...se han unificado en una... ...que se llama la
electrodébil. ¿Vale? Todo eso... ...alrededor de los años... ...finales
de los sesenta... ...principios de los setenta. Que es la cromodinámica
cuántica. Pues además de la carga eléctrica... ...las partículas pueden
llevar... ...o pueden transportar una carga de color... ...que puede ser de
dos tipos... ...tres tipos, perdón. Como os he comentado antes... ...rojo,
azul y verde. Aquí lo tenéis, la paleta esta de colores... ...aquí lo
tenéis, rojo... ...verde y azul. Los cuales solo pueden reunirse en un
conjunto... ...cuyo color sea blanco. La suma de los tres, que son colores
fundamentales... ...produce blanco. Por tanto la QCD proporciona una
teoría... ...la quantum cromodinámica es la QCD... ...QCD proporciona una
teoría... ...de la integración de los quarks... ...la que unifica la
integración fuerte... ...y la electrodébil. Por tanto, la QED...
...unificaba la electrodinámica y la débil. La QCD... ...unifica a la
electrodébil con la fuerte. Por tanto son los que da fuera la victoria.
¿Veis? Aquí tenemos los... ...tres quarks... ...con tres sabores... ...y
los otros tres sabores como si fuera un helado. Arriba... ...abajo...
...encantado, extraño... ...top y botón. Aquí en el gráfico también
los tenemos... ...los seis van otra vez... ...sus seis anticuark... ...y
entonces fijaos en la evolución... ...aquí tenemos el tiempo...
...creciendo hacia allá... ...la fecha del tiempo... ...pues a principios
del siglo XX... ...átomos, luego aparecen los núcleos... ...luego
apareció el nucleón... ...el tamaño cada vez se va reduciendo...
...aparecen los quarks, 10 a la menor 18... ...y en el futuro... ...pues no
lo sabemos por ahora. No lo sabemos pero es tremendamente... ...atractivo y
tremendamente... ...ilusionante... ...lo que está ocurriendo. Adelante.
Los hadrones. Pues los hadrones se clasifican en dos grandes grupos...
...los baryones, los más pesados... ...y los mesones, los de peso
intermedio. Con estos últimos los mesones... ...hay piones y caones. Los
baryones, los más pesados... ...todavía... ...los protones... ...y los
neutrones. Pues todos ellos, todos estos... ...los hadrones... ...todos
ellos están formados por quarks. Los baryones... ...están formados por
tres quarks... ...o tres anticuarks, recordad que son los más pesados. Por
ejemplo el protón... ...es el quark UUD... ...arriba, arriba y abajo. De
tal forma que si sumo las cargas... ...dos tercios, dos tercios del quark
arriba... ...menos un tercio del quark abajo... ...pues me sale más uno,
que es la carga del... ...protón en unidades de... ...valor absoluto de...
...la carga del electrón. Sin embargo los neutrones... ...para que den
cero pues tienen que ser DDU... ...lo tenemos aquí abajo explicado. Los
baryones son fermiones... ...su spin es semientero... ...lo tenéis aquí,
daos cuenta que en inglés... ...spin es... ...S-P-I-N... ...mientras que
en castellano... ...sale... ...spin... ...pues hay más de 120 baryones...
...los protones, los antiprotones... ...los neutrones, las partículas...
...las lándalas, omega... ...la cascada... ...hay muchas. Aquí tenéis su
composición en quark... ...y aquí tenéis su carga eléctrica... ...y sus
masas... ...en torno a un head. 938 MeV que es la del protón... ...por
0.938 HeV... ...el reposo, claro... ...partido por 3 cuadrados. Aquí
tenemos los mesones... ...transformados por un quark y un anti-quark...
...son bosones... ...por tanto su spin es entero... ...o bien 0 o bien 1...
...y hay unos 140 tipos... ...que son los piones, los caones... ...la ro,
la beta o b... ...la eta... ...aquí tenemos su carga eléctrica... ...y
aquí tenéis su composición... ...en... ...en función de los quarks...
...recordad que siempre es un quark... ...un anti-quark... ...de acuerdo...
...por tanto, retrocedo un momentito... ...los baryones formados por 3
quarks... ...los mesones por 2... ...esos, 3, 2... ...aquí tenemos el
modelo estándar... ...y su futuro según Weinberg... ...Premio Nobel de
Física... ...y gran contribuidora del modelo estándar... ...por el
magnetismo... ...y la luz... ...las tres se unificaron en el
electromagnetismo... ...esto parece... ...parece... ...un tablero de los
reductores del tenis... ...conforme van eliminando la desintegración
beta... ...y la interacción de los neutrinos... ...da lugar a la
interacción débil... ...aquí están separadas... ...el electromagnetismo
y la interacción débil... ...pues la QED, la Electrodinámica
Cuántica... ...logró unificarlas en la teoría electro-débil... ...por
otro lado... ...los protones... ...y los neutrones... ...junto con los
piones... ...dan lugar a la cromodinámica cuántica... ...que distribuye
la interacción fuerte... ...esta se engloba... ...con la teoría
electro-débil... ...se engloba con la teoría electro-débil... ...y
genera el conocido modelo estándar... ...que actualmente... ...el modelo
estándar... ...al comenzar la flecha... ...que con ratón es difícil...
...el modelo estándar digamos que es el... ...el sumum que tenemos ahora
mismo... ...la gente que está haciendo... ...el experimento del LHC en el
CERN... ...está utilizando el modelo estándar para explicar lo que
ocurre... ...pero veis... ...que en la parte de abajo queda algo que
todavía no está... ...exactamente descrito y es la gravedad terrestre...
...y la mecánica celeste... ...pues ya las englobo... ...el físico más
famoso... ...que es Newton... ...es la gravedad universal... ...y luego el
físico que tenéis ahí a la derecha en la imagen pequeñita... ...que me
acompaña en las grabaciones... ...introdujo... ...el concepto de
deformación del espacio-tiempo... ...es decir introdujo una geometría...
...una métrica en el... ...espacio-tiempo de cuatro dimensiones... ...y
dio lugar... ...a la relatividad general... ...y esto, esta parte...
...todavía no hemos sido capaces de unificar... ...la relatividad general
con el... ...modelo estándar para lograr... ...la teoría unificada...
...es lo que se está trabajando actualmente... ...y hay avances pero...
...el tema es muy complejo... ...sobre todo por la parte matemática y por
las grandes... ...infinitos que aparecen... ...las cancelaciones, en fin,
es complicado... ...aquí tenéis una clasificación... ...grande de las
partículas... ...están los fermiones como veis aquí... ...en azul...
...y los bosones así en color... ...negraja... ...pues tenemos... ...los
fotones, los quarks... ...el bosón de Higgs, los bosones W... ...que son
el más y el menos... ...el bosón Z0, los gluones... ...y los leptones...
...los leptones... ...se clasifican... ...en neutrinos... ...de I3...
...electrónico, muvónico... ...hidragónico, uno por cada leptón...
...veis, leptón de electrón... ...huón y tahuón... ...si hubiera un
cuarto leptón pues habría un cuarto neutro... ...y no se asociado con
el... ...los quarks estaban seis... ...arriba, abajo... ...encantado,
extraño... ...decima... ...todo el mundo dice top y botón... ...estos
seis quarks... ...junto con sus antiquarks... ...dan lugar a los
ladrones... ...los ladrones que son... ...los bariones y los mesones...
...los mesones están los piones... Y los caones, como he comentado hace un
momento. Y los baryones, los más pesados. Tenemos los hiperones, el
protón y el letrón. Recordad que hubo un momento en que yo mostré esta
parte de la tabla. Bueno, nos sacamos al final. Nuevamente os vuelvo a
mostrar un póster que nos describe el modelo estándar de las partículas
fundamentales y de sus interacciones. Aquí lo tenéis. Yo creo que se
puede comprar fácilmente por internet. Me aconsejo que lo tengáis. Es
espectacularmente conciso y ha logrado una síntesis difícil de lograr.
Ahí está todo reflejado. Y nos acercamos al final. Esta parte que tenéis
aquí es la parte central. Así es el átomo actualmente. Tenemos el
átomo. El átomo ahí del tamaño de 10 a la baja menos 10 metros. Dentro
de él tenemos el núcleo con un tamaño de 10 a la menos 4. Una decena de
fermis. Dentro del núcleo están los neutrones y los protones. Los
protones, el grupito R3, cuartos. Este es el protón y este es el neutrón.
Y hay muchos. Para que no se repelan los protones, pues tiene que haber
más neutrones que actúan como pegamento. Estamos hablando de que estos,
esta partícula, los protones, los neutrones, tienen un tamaño de 10 a la
baja menos 15 metros. El tamaño del fermi. Y dentro de ellos son los
cuartos, que tienen un tamaño menor de 10 a la baja menos 19 metros.
Vamos, la diezmilésima parte de un fermi. Y fuera, en la corteza
electrónica, tenemos los electrones, los cuales por ahora acá. Parece ser
que no tienen estructura. Con un tamaño menor de 10 a la baja menos 18
metros. ¿Alguien podría pensar que un... Un cuar podría estar dentro de
un electrón, pero es que la masa del cuar es mucho mayor que la del
electrón. O sea que, en principio, parece que eso no debería ser posible.
Bueno, y por último. Os dejo aquí estas dos frases. Una es de Dirac y la
otra de Pauli. Dirac dice que las leyes físicas deben tener la simplicidad
y belleza de las matemáticas. Mientras que Pauli dijo que Dirac era un
ateo reconocido. Eso lo sabía. Y después de hablar con Dirac, dijo...
Vamos a la siguiente frase. Si entiendo correctamente a Dirac, él dice...
No hay Dios y Dirac es su profeta. Es decir que, como veis, Pauli, el
italiano, pues tenía sentido del humor. Y Dirac, por las frases esta y la
otra que pusimos en la grabación, pues parecía una persona bastante más
austera. Y... Bastante más austera. De hecho, a la ecuación suya de
Dirac... Él la seguía llamando la ecuación de Schrodinger. Cuando... La
verdad es que la suya es más general que la otra. Pero era tan modesto que
ni siquiera quería nombrarla. Bueno, pues yo creo que con esta os muestro
la bibliografía usada en esta grabación. Y eso os permitirá 27
diapositivas en 26 minutos. Os permitirá...