PPT El modelo estándar

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Tales de Mileto →el agua
Anaxímenes , el aire
Heráclito
, el fuego
Jenófanes , la tierra
Aristóteles
, "éter"
La teoría de las cuatro raíces
de Empédocles (cerca del 450 a. C.) es
El fuego es a la vez caliente y seco.
 La tierra es a la vez seca y fría.
 El agua es a la vez fría y húmeda.
 El aire es a la vez húmedo y caliente.

De acuerdo con Galeno, los elementos
fueron usados por Hipócrates cuando
describía el cuerpo humano,
asociándolos con los cuatro humores:
 la bilis amarilla (fuego),
 la bilis negra o melancolía (tierra),
 la flema o pituita (agua),
 la sangre (aire).

El modelo atómico de Dalton surgido en el contexto de la química,
fue el primer modelo atómico con bases científicas, formulado en
1808 por John Dalton.
 Proponía:







1. La materia está formada por partículas muy pequeñas llamadas
átomos, que son indivisibles y no se pueden destruir.
2. Los átomos de un mismo elemento son iguales entre sí, tienen la
misma masa y propiedades. Los átomos de diferentes elementos
tienen masas diferentes. Comparando las masas de los elementos
con los del hidrógeno tomado como la unidad propuso el
concepto de peso atómico relativo.
3. Los átomos permanecen sin división, aun cuando se combinen
en las reacciones químicas.
4. Los átomos, al combinarse para formar compuestos guardan
relaciones simples.
5. Los átomos de elementos diferentes se pueden combinar en
proporciones distintas y formar más de un compuesto.
6. Los compuestos químicos se forman al unirse átomos de dos o
más elementos distintos.
"La
suposición de que exista un estado de
la materia más reducido y finamente
subdividido que los átomos de un
elemento es una hipótesis sorprendente"
Una vez confirmada la existencia de los minúsculos
portadores con carga eléctrica negativa ( se les
bautizó con el nombre de electrones), nombre
acuñado por G.H. Stoney en 1891 (lo que él
consideraba entonces como las "unidades básicas de
electricidad“).
A partir del grado de desviación de los rayos en función del campo eléctrico aplicado pudo encontrar la
relación entre la carga eléctrica y la masa de estas partículas, que denominó electrones:
•Su masa era

El modelo atómico de Rutherford es
un modelo atómico o teoría sobre la
estructura interna del átomo propuesto
por el químico y físico britániconeozelandés Ernest Rutherford para
explicar los resultados de su"experimento
de la lámina de oro", realizado en 1911.

La mecánica newtoniana en conjunción
con la ley de Coulomb predice que el
ángulo de deflexión de una partícula alfa
relativamente liviana por parte de un
átomo de oro más pesado, depende del
"parámetro de impacto" o distancia entre
la trayectoria de la partícula y el núcleo.

Residió en proponer por primera vez la
existencia de un núcleo en el átomo
(término que, paradójicamente, no
aparece en sus escritos). Lo que
Rutherford consideró esencial, para
explicar los resultados experimentales,
fue "una concentración de carga" en el
centro del átomo,
Los experimentos , apoyados con
argumentos elementales de balística
demostraron en forma concluyente que
la materia no es tan absolutamente
sólida como se creía,
 Materia fantasmal.
 Núcleo ,concentración de masa
 Electrón

El radio atómico era diez mil veces
mayor que el núcleo mismo.
 "una concentración de carga“
 “Una concentración de la masa”


Problema de las cargas.
Dificultades electrodinámica
Radiación electromagnética,
Perdida de energía
Violación de las leyes de la mecánica clásica.
Violación de las leyes de Maxwell.

Tiempo de radiacion del orden de 10−10 s,

Inestabilidad atómica.





Rutherford propone:
 Modelo orbital indefinido
 Los resultados de su experimento le
permitieron calcular que el radio
atómico era diez mil veces mayor que el
núcleo mismo, y en consecuencia, que
el interior de un átomo está
prácticamente vacío.


El modelo atómico de Rutherford fue
sustituido muy pronto por el de Bohr.
Bohr intentó
explicar fenomenológicamente que sólo
algunas órbitas de los electrones son
posibles. Lo cual daría cuenta de
los espectros de emisión y absorción de
los átomos en forma de bandas
discretas.
Cualquiera que sea la órbita descrita por un
electrón, éste no emite energía. Las órbitas
son consideradas como estados estacionarios
de energía. A cada una de ellas le corresponde una energía,
tanto mayor, cuanto más alejada se encuentre del núcleo.
 No todas las órbitas son posibles. Sólo pueden existir aquellas
órbitas que tengan ciertos valores de energía, dados por
el número cuántico principal, n.Solamente son posibles las
órbitas para las cuales el número cuántico principal (n) toma
valores enteros: n = 1, 2, 3, 4…. Las órbitas que se correspondan
con valores no enteros del número cuántico principal, no existen
 La energía liberada al caer un electrón desde una órbita
superior, de energía E2, a otra inferior, de energía E1, se emite
en forma de luz. La frecuencia (f ) de la luz viene dada por la
expresión:
 ∆ = ℎ







El problema de la electrodinámica,
mecánica cuántica
Propone un nuevo modelo orbital.
Hidrógeno presentaba el espectro más simple
entre todos los elementos.
Espectro de emisión: distribución serial.
¡Asombro! la fórmula de Rydberg:


Se encontró que las diferentes líneas en las regiones
visibles y no visibles estaban distribuidas
sistemáticamente en varias series. En forma
asombrosa se encontró que todas las longitudes de
onda del átomo de hidrógeno se obtienen mediante
una relación empírica sencilla, conocida como
la fórmula de Rydberg
R es una constante conocida como la constante de
Rydberg (en honor al físico suecoJohannes Rydberg)
cuyo valor sobre unidades Angstrom para el átomo de
hidrógeno es:
 R = 1.0967758·10-3 /Å

b = 3645.6·10-8 centímetro = 3645.6
Angstroms = 3645.6 Å
m = 3, 4, 5, ...

En 1885 un maestro suizo, Johann
Balmer, encontró que las líneas en el
espectro del hidrógeno podían ser
representadas mediante la siguiente
fórmula:

Para ,na = 1 y nb = 2, 3, 4, ... da la serie de
Lyman (región ultravioleta)
Para , na = 2 y nb = 3, 4, 5, ... da la serie de
Balmer (región visible)
Para ,na = 3 y nb = 4, 5, 6, ... da la serie de
Paschen (región infrarroja)
Para, na = 4 y nb = 5, 6, 7, ... da la serie de
Brackett (región del infrarrojo lejano)
Para, na = 5 y nb = 6, 7, 8, ... da la serie de Pfund (región
del infrarrojo lejano)



Una vez definidas las capas energéticas discretas,
Bohr postuló la hipótesis de que un fotón de luz con
la suficiente energía pudiese hacer
“brincar” un electrón de una capa inferior a una
capa superior (por ejemplo, de n = 1 a n= 5),
absorbiendo el fotón y dejando con ello un “hueco”
en el espectro de absorción.
También era posible que saltase de un nivel
energético superior a un nivel energético
inferior emitiendo un fotón cuya energía debía ser
igual a la diferencia entre los niveles energéticos de
las capas. Esto podía explicar los espectros de
emisión:
El primer postulado iba en contra de la
teoría electromagnética de Maxwell.
 El segundo postulado era aún más
sorprendente. Inestabilidad orbital.
 El tercer postulado afirmaba que la luz
se emitía en forma de pequeños
paquetes o cuantos.


En la década de 1920, una nueva
generación de físicos (Schrödinger,
Heisenberg, Dirac…) elaborarán una
nueva física, la Física Cuántica,
destinada a la descripción de los
átomos, que supuso una ruptura con la
física existente hasta entonces.
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 .
 “Gordon Kane (2003)”

Modelo propuesto por
Murray Gell-Mann y Kazuhiko Nishijima
(1964)
Murray Gell-Mann, nacido enNueva
York en el año 1929, recibió el premio
Nobel de Física en 1969por su aporte en la
teoría de las partículas atómicas.


Gell-Mann dijo sobre esto que:
En 1963, cuando asigné el nombre de quark a los constituyentes
fundamentales de los nucleones, yo tenía el primer sonido, sin
ortografía, que podría haber sido kwork. Luego, en uno de sus
ocasionales lecturas de Finnegans Wake, por James Joyce, me crucé
con la palabra quark en la frase Three quarks for Muster Mark.
Entonces quark (que significa, por un lado, el grito de la gaviota) fue el
claro intento de rimar con Mark, como con bark y otras palabras
parecidas. Yo tuve que encontrar una excusa para pronunciarla así
como kwork. Pero el libro representa el sueño de un publicano llamado
Humphrey Chimpden Earwicker. Las palabras en el texto suelen
proceder de varias fuentes a la vez, como la
palabra portmanteau en Through the Looking Glass. De vez en cuando,
las frases que aparecen en el libro son determinadas para denominar a
las bebidas en un bar. Yo argumenté, por lo tanto, que uno de los
múltiples recursos de la frase Three quarks for Muster Mark podría
ser Three quarts for Mister Mark, en ese caso la pronunciación de "kwork"
podría justificarse totalmente. En cualquier caso, el número tres
encajaba a la perfección en el modo en que los quarks aparecen en la
naturaleza.





La serie de experimentos en el SLAC centre
1967 y 1973
(50 GeV)
( Rutherford - núcleo atómico)., lo suficiente
para que estos puedan traspasar nucleones.
El análisis teórico de las colisiones inelásticas
que tuvieran lugar entre el electrón y el protón
lo había trabajado James Bjorken.
premio Nobel de Física de 1990
a Taylor, Kendall y Friedmann, líderes de los
experimentos en el SLAC.





Al principio se creía que sólo existían el quark
arriba, abajo y extraño.
En 1970, Sheldon Glashow, John Iliopoulos y Luciano
Maianicon postularon la existencia del
quark encantado para impedir cambios no físicos de
sabor en las desintegraciones débiles que podrían
aparecer en el modelo estándar.
Se descubre el mesón J/ψ en 1974 (
un quark encantado y su antiquark)
Luego, se planteó la hipótesis del quinto y sexto quark,
llamados quark cima y fondo. La existencia de
una tercera generación de quarks fue predicha
por Makoto Kobayashi y Toshihide Maskawa en 1973.
El quark fondo fue descubierto en 1977 y
el quark cima en 1996.

Pero aún queda más……

Las partículas que tienen estructura
interna se llaman hadrones; están
constituidas por quarks:
la gran mayoría de las llamadas
partículas elementales son hadrones
 y éstos HADRONES están formados por
tres quarks

Gravitacional
 Electromagneticas
 Fuertes
 Débiles.

Fuerza gravitacional, (gravitones
 Fuerza electromagnética (fotones
 Fuerza color (gluones)
 fuerza débil. (partículas w , z)

¿Electrón desnudo o desnudado?
 Electrón vestido.
 el viejo y querido electrón)
 explica por qué la Ley de Coulomb no
vale para dos electrones a una distancia
inferior a 10-11cm.


Así como en la Electrodinámica Cuántica
los electrones están envueltos por una
nube de positrones virtuales, en la
Cromodinámica Cuántica, los quarks están
envueltos en una nube de gluones (el
vacuo también está lleno de gluones,
partículas igualmente virtuales). Entonces,
se puede hablar también de quarks
“desnudos” y quarks “vestidos” o, de
manera general, de “partículas desnudas”
y “vestidas”.
El campo y el bosón de Higgs
¿Vacuo?
¿fantasmas?
¿Sólo campos fundamentales?,

Higgs y, por consiguiente, por una
partícula mediadora que sería el bosón
de Higgs

Bosones de Higgs son partículas previstas
teóricamente, en 1964, por el físico
escocés Peter Higgs y usadas,
posteriormente, por Steven Weinberg
(1967) y Abdus Salam (1968) para
explicar por qué otras partículas, los
bosones W y Z, tienen masa

Concluyendo, los términos “masa de reposo” y “masa
relativística” (o “masa de movimiento”) no deben ser
más usados y masa debe significar siempre la masa
relativísticamente invariante de la mecánica cuántica.

Masa es, entonces, simplemente masa, una
propiedad intrínseca de ciertas partículas elementales.
Los quarks, por ejemplo, tienen masa. Los fotones y otras
partículas virtuales no tienen masa. Pero la gravedad
actúa también en fotones, o sea, actúa sobre energía, no
sólo sobre masa.


Energía y masa están relacionadas por la ecuación de
Einstein  =  2 , pero eso no significa que la masa sea
dependiente de la velocidad.
Subestructura
 Nuevas extensiones del modelo
estándar de física de partículas.
 En el modelo estándar de física de
partículas los quarks no sería la frontera.
 Las llamadas subestructuras de

los quarks se denominan
preones
¿porque hay doce partículas de masa?
 ¿por qué los cuarks y los leptones son
diferentes?
 ¿porque hay cuatro fuerzas, ni donde
encaja la gravedad en la imagen?
 ¡Hay muchos misterios que resolver!


¡Explorando la frontera cuántica!






¿Qué es la antimateria?
¿Cómo se presenta en la realidad?
¿Existen los universos paralelos?
¿Cómo se relaciona el tiempo con esto?
¿El tiempo , tiene existencia real o también es virtual o
relativo?
¿Qué es el presente , el pasado , el futuro?¿los conos de
luz…?. ¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿?????????.

Nos vemos en la próxima, para hablar de estos temas.

Agradecido
 Montoya.-

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