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Resumen

11.1 Introducción a la física de partículas

  • Las cuatro fuerzas fundamentales de la naturaleza son, por orden de intensidad: nuclear fuerte, electromagnética, nuclear débil y gravitacional. Los cuarks interactúan mediante la fuerza fuerte, pero los leptones no. Tanto los cuarks como los leptones interactúan a través de las fuerzas electromagnética, débil y gravitacional.
  • Las partículas elementales se clasifican en fermiones y bosones. Los fermiones tienen un espín semientero y obedecen el principio de exclusión. Los bosones tienen espín entero y no obedecen este principio. Los bosones son los portadores de fuerza de las interacciones de las partículas.
  • Los cuarks y los leptones pertenecen a familias de partículas compuestas por tres miembros cada una. Los miembros de una familia comparten muchas propiedades (carga, espín, participación en las fuerzas) pero no la masa.
  • Todas las partículas tienen antipartículas. Las partículas comparten las mismas propiedades que las partículas de antimateria, pero llevan carga opuesta.

11.2 Leyes de conservación de las partículas

  • Las interacciones de las partículas elementales se rigen por las leyes de conservación de las partículas, que pueden utilizarse para determinar qué reacciones y decaimientos de partículas son posibles (o están prohibidas).
  • La ley de conservación del número bariónico y la ley de conservación del número de tres leptones son válidas en todos los procesos físicos. Sin embargo, la conservación de la extrañeza solo es válida en las interacciones nucleares fuertes y las interacciones electromagnéticas.

11.3 Cuarks

  • Existen seis cuarks conocidos: arriba (up, u), abajo (down, d), encantado (charm, c), extraño (strange, s), superior (top, t) e inferior) (bottom, b). Estas partículas son fermiones con espín semientero y carga fraccionaria.
  • Los bariones están formados por tres cuarks y los mesones por un par cuark-anticuark. Debido a la fuerza fuerte, los cuarks no pueden existir de forma aislada.
  • Las pruebas de los cuarks se encuentran en los experimentos de dispersión.

11.4 Aceleradores y detectores de partículas

  • Se han desarrollado muchos tipos de aceleradores de partículas para estudiarlas y sus interacciones. Entre ellos se encuentran los aceleradores lineales, los ciclotrones, los sincrotrones y los haces de colisión.
  • Las máquinas de haces de partículas colisionantes se utilizan para crear partículas masivas que se decaen rápidamente en partículas más ligeras.
  • Los detectores multipropósito se utilizan para diseñar todos los aspectos de las colisiones de alta energía. Entre ellos se encuentran los detectores para medir el momento y las energías de las partículas de carga y los fotones.
  • Las partículas cargadas se miden doblando estas partículas en un círculo mediante un campo magnético.
  • Las partículas se miden mediante calorímetros que las absorben.

11.5 El modelo estándar

  • El modelo estándar describe las interacciones entre partículas a través de las fuerzas nuclear fuerte, electromagnética y fuerza nuclear débil.
  • Las interacciones de las partículas se representan mediante los diagramas de Feynman. Un diagrama de Feynman representa las interacciones entre partículas en un gráfico espacio-tiempo.
  • Las fuerzas electromagnéticas actúan a gran distancia, pero las fuerzas fuertes y débiles actúan a corta distancia. Estas fuerzas se transmiten entre las partículas mediante el envío y la recepción de bosones.
  • Las teorías de la gran unificación buscan una comprensión del universo en términos de una sola fuerza.

11.6 El Big Bang

  • El universo se expande como un globo: cada punto se aleja de los demás.
  • Las galaxias lejanas se alejan de nosotros a una velocidad proporcional a su distancia. Esta tasa se mide en aproximadamente 70 km/s/Mpc. Así, cuanto más lejos estén las galaxias de nosotros, mayor será su velocidad. Estas "velocidades de recesión" pueden medirse mediante el corrimiento Doppler de la luz.
  • Según los modelos cosmológicos actuales, el universo comenzó con el Big Bang hace aproximadamente 13.700 millones de años.

11.7 Evolución del universo primigenio

  • El universo primitivo era caliente y denso.
  • El universo es isotrópico y se expande.
  • La radiación cósmica de fondo es una prueba del Big Bang.
  • La gran parte de la masa y la energía del universo no se comprenden bien.
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