Modelo Estándar

Máster universitario en formación del profesorado educación secundaria

Metodología experimental y aprendizaje de la física y la química

Álvaro Camello Lázaro

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Índice•Introducción

•Leptones

•Quarks• Hadrones

• Bariones• Mesones

•Fermiones y Bosones

•Fuerzas fundamentales

•Campo de Higgs

•Actualidad

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IntroducciónSegún Gordon Kane (2003) físico teórico de la Universida de Michigan…

... El Modelo Estándar es, en la historia, la más sofisticada teoría matemática sobre la naturaleza. A pesar de la palabra “modelo ” en su nombre, el Modelo Estándar es una teoría comprensiva que identifica las partículas básicas y especifica cómo interactúan. Todo lo que pasa en nuestro mundo (excepto los efectos de la gravedad) es resultado de las partículas del Modelo Estándar interactuando de acuerdo con sus reglas y ecuaciones

•Partículas fundamentales: Leptones y Quarks

•Fuerzas fundamentales: Interacción electromagnética, gravitatoria e interacción fuerte y débil

Teoría que describe las relaciones entre las interacciones fundamentales conocidas y las partículas elementales que componen toda la materia

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Leptones

Existen seis leptones conocidos agrupados en tres generaciones

Los leptones cargados interaccionan por interacción débil y electromagnética y los neutros solo sienten la interacción débil

Los números cuánticos leptónicos se conservan en todas las interacciones

Ejemplo:

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QuarksPartículas fundamentales que sienten interacción fuerte, débil y electromagnética

Los quarks no se han observado en estados libres, que tendrían carga fraccionada. Los estados ligados de quarks se denominan hadrones

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HadronesSe han observado mas de doscientos estados ligados de quarks, todos ellos con carga eléctrica entera

BARIONES(3 Quarks)

ANTIBARIONES(3 Anti-Quarks)

MESONES(Quark - Anti-Quarks)

Los números cuánticos internos se conservan en interacciones fuerte y electromagnética y no se conservan en interacciones débiles

Número Bariónico:

Carga:

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Hadrones

Interacción fuerte: Interacción débil:

Se conservan No se conservan

La cromodinámica cuántica es la teoría que explica los quarks y aunque hasta la fecha sólo se han encontrado estados ligados de 2 y 3 quarks, físicos experimentales han presentado evidencias de partículas de 5 quarks (pentaquarks) constituido de 5 quarks y un antiquarks.

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Fermiones o BosonesTodas las partículas se clasifican como fermiones o bosones. La diferencia entre ellas es debida al valor de su spin

Fermiones Bosones

•Spin fraccionario del momento angular intrínseco en unidades de h/2π

•Estadística de Fermi-Dirac

•Quarks, Leptones y Bariones

•Spin entero del momento angular intrínseco en unidades de h/2π

•Varios bosones pueden ocupar el mismo estado cuántico

•Partículas portadoras de las interacciones

•Quedan por descubrir el Bosón de Gibbs y el Gravitón

Partículas de materia

Partículas de fuerza o partículas mediadoras de la interacción

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Fuerzas fundamentalesTenemos las partículas básicas… pero ¿cómo interactúan entre ellas?

I. gravitatoria I. electromagnética I. fuerte I. débil

¿Quién transmite el mensaje?

Partículas mediadoras, partículas de fuerza o partículas virtuales

Gravitones Fotones Gluones W y Z

Partículas de materia interactúan intercambiando partículas virtuales

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Campo de Higgs“Vacio” está formado

4 fuerzas fundamentales

4 campos fundamentales

Campo de

Higgs

Bosón de

Higgs

Partícula mediadora

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Campo de Higgs

¿Porqué la existencia de un nuevo campo?

El modelo estándar tiene un aspecto no trivial que es que ciertos bosones intermediarios de las interacciones (W+, W -, Z0) tienen masa, y los otros (fotones y gluones) no tienen

Un nuevo campo, cuyo mínimo de energía no corresponde al campo nulo, produce cierta ruptura de simetría de forma que los bosones y fermiones acoplados a dicho campo adquieran masa (al menos a energías bajas)

Las interacciones de las partículas con este campo provoca que adquieran masa

A más interacción con el campo Higgs más masa

Fotones no interaccionan con el campo de Higgs

Los quarks “top” lo hacen muy intensamente

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ActualmenteATLAS y CMS son detectores de propósito general designados para "ver" un amplio rango de partículas y fenómenos en el colisionador de hadrones LHC

La partícula de Higgs no es directamente medida en los detectores porque decae de inmediato a otras partículas más ligeras aún así…

Son resultados preliminares pero el pico que aparece en la figura parece indicar la existencia de un bosón

Dado que la experimentación ha sido dirigida sobre la base de la física del bosón de Higgs, esto es un indicio muy fuerte de que se puede estar ante el hallazgo de dicha partícula

Nivel de confianza de 5-sigma y con una masas de ~126,5 GeV

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Bibliografia

• http://www.lhc-closer.es/2/6/1/0

•https://www.youtube.com/watch?v=I3jtzXr69GY

•http://www.i-cpan.es/media/Poster_Particulas.pdf

•http://www.if.ufrgs.br/~moreira/modeloestandar.pdf

•https://www.mensa.es/amf/03marzoModeloestandarFisicaparticulas.pdf