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¿de qué está hecho el mundo?

los bloques de construcción

Los físicos han identificado 12 bloques de construcción que son los constituyentes fundamentales de la materia., Nuestro mundo cotidiano está hecho de solo tres de estos bloques de construcción: el quark arriba, el quark abajo y el electrón. Este conjunto de partículas es todo lo que se necesita para hacer protones y neutrones y para formar átomos y moléculas. El neutrino electrónico, observado en la desintegración de otras partículas, completa el primer conjunto de cuatro bloques de construcción.

Los bloques de construcción de la materia: seis quarks y seis leptones.,

por alguna razón la naturaleza ha elegido replicar esta primera generación de quarks y leptones para producir un total de seis quarks y seis leptones, con una masa creciente. Como todos los quarks, el sexto quark, llamado top, es mucho más pequeño que un protón (de hecho, nadie sabe cuán pequeños son los quarks), ¡pero el top es tan pesado como un átomo de oro!

aunque hay razones para creer que no hay más conjuntos de quarks y leptones, los teóricos especulan que puede haber otros tipos de bloques de construcción, que pueden explicar en parte la materia oscura implícita en las observaciones astrofísicas., Esta materia poco entendida ejerce fuerzas gravitacionales y manipula galaxias. Se necesitarán experimentos de acelerador basados en la tierra para identificar su tejido.

los bloques de construcción de la naturaleza (video, 6 min.)

Las fuerzas

Los científicos distinguen cuatro tipos elementales de fuerzas que actúan entre partículas: fuerza fuerte, fuerza débil, fuerza electromagnética y fuerza gravitacional.

• La fuerza fuerte es responsable de que los quarks «se peguen» entre sí para formar protones, neutrones y partículas relacionadas.,
• La fuerza electromagnética une electrones a núcleos atómicos (grupos de protones y neutrones) para formar átomos.
• La fuerza débil facilita la descomposición de partículas pesadas en hermanos más pequeños.
• La fuerza gravitacional actúa entre objetos masivos. Aunque no juega ningún papel a nivel microscópico, es la fuerza dominante en nuestra vida cotidiana y en todo el universo.

Las partículas transmiten fuerzas entre sí mediante el intercambio de partículas portadoras de fuerza llamadas bosones., Estos mediadores de fuerza transportan cantidades discretas de energía, llamadas cuantos, de una partícula a otra. Se podría pensar en la transferencia de energía debido al intercambio de bosones como algo así como el pase de una pelota de baloncesto entre dos jugadores.

Cada fuerza tiene sus propios bosones característicos:

• El gluón media la fuerza fuerte; «pega» quarks juntos.
• el fotón lleva la fuerza electromagnética; también transmite luz.
• los bosones W Y Z representan la fuerza débil; introducen diferentes tipos de descomposición.,

Los físicos esperan que la fuerza gravitacional también pueda estar asociada con una partícula de bosón. Llamado gravitón, este bosón hipotético es extremadamente difícil de observar ya que, a nivel subatómico, la fuerza gravitacional es muchos órdenes de magnitud más débil que las otras tres fuerzas elementales.

tabla de descubrimientos de partículas: ¿quién, cuándo, dónde?

antimateria

aunque es un elemento básico de la ciencia ficción, la Antimateria es tan real como la materia. Para cada partícula, los físicos han descubierto una antipartícula correspondiente, que se ve y se comporta casi de la misma manera., Las antipartículas, sin embargo, tienen las propiedades opuestas de sus partículas correspondientes. Un antiprotón, por ejemplo, tiene una carga eléctrica negativa mientras que un protón está cargado positivamente.

hace menos de 10 años, físicos del CERN (1995) y Fermilab (1996) crearon los primeros antiatomos. Para aprender más sobre las propiedades del «mundo espejo», agregaron cuidadosamente un positrón (la antipartícula de un electrón) a un antiprotón. El resultado: antihidrogeno.

Almacenar antimateria es una tarea difícil., Tan pronto como una antipartícula y una partícula se encuentran, se aniquilan, desapareciendo en un destello de energía. Mediante el uso de campos de fuerza electromagnéticos, los físicos pueden almacenar antimateria dentro de recipientes de vacío durante un tiempo limitado.

el modelo estándar

el modelo estándar explica la compleja interacción entre los portadores de fuerza y los bloques de construcción.,

Los físicos llaman al marco teórico que describe las interacciones entre los bloques de construcción elementales (quarks y leptones) y los portadores de fuerza (bosones) el modelo estándar. La gravedad aún no es parte de este marco, y una cuestión central de la física de partículas del siglo XXI es la búsqueda de una formulación cuántica de la gravedad que podría incluirse en el modelo estándar.

aunque todavía se llama modelo, el modelo estándar es una teoría de la física fundamental y bien probada., Los físicos lo utilizan para explicar y calcular una gran variedad de interacciones de partículas y fenómenos cuánticos. Experimentos de alta precisión han verificado repetidamente los efectos sutiles predichos por el modelo estándar.

hasta ahora, el mayor éxito del modelo estándar es la unificación de las fuerzas electromagnéticas y débiles en la llamada fuerza electrodébil. Theconsolidation es un hito comparable a la unificación de las Fuerzas Eléctricas y magnéticas en una sola teoría electromagnética por J.C. Maxwell en el siglo 19., Los físicos piensan que es posible describir todas las fuerzas con una gran teoría unificada.

un ingrediente esencial del modelo estándar, sin embargo, todavía elude la verificación experimental: el campo de Higgs. Interactúa con otras partículas para darles masa. El campo de Higgs da lugar a un nuevo portador de fuerza, llamado bosón de Higgs, que no se ha observado. Si no se encuentra, se pondría en tela de juicio el modelo estándar. Los experimentadores del Fermilab esperan encontrar evidencia del bosón de Higgs y hacer nuevos descubrimientos en los próximos años.,

Slide show on the building blocks of nature

Todo sobre neutrinos, electrones y luz.

Cómo encontrar el más pequeño de las partículas

Fermilab de investigación sobre las partículas elementales