Radioactividad!

RADIACIÓN BETA (EMISIÓN DE POSITRONES)

En esta ocasión querido lector, hablaremos(Como en la entrada anterior) de la radiación beta, pero a diferencia de la emisión de negatrones, hablaremos como lo comentamos, de la emisión de la antipartícula del electrón: El positrón.

Comentabamos que la causa por la cual la radiación se da, es por una inestabilidad en el núcleo y el camino a la estabilidad es precisamente la emisión de partículas acompañadas en ocasiones por rayos de diferentes ordenes como los "rayos X" y "Gamma" (De los que hablaremos más adelante).

En este caso (Emisión de positrones), la inestabilidad se debe a un exceso de protones en el núcleo, es decir, su relación N/Z es menor a la unidad. Este proceso resulta de la transformación de un Protón en un Neutrón, un Positrón (Partícula-anti del electrón) y un Neutrino. Nota que es un proceso inverso a de la emisión de Negatrones. También es importante resaltar que mediante esta emisión se obtienen núcleos más ligeros; Al transformarse un protón en un neutrón, positrón y neutrino, el número atómico (Z) disminuye en una unidad.

La reacción de estabilidad quedaría así:

Mediante este tipo de radiaciones son posibles las famosas tomografías (Medicina Nuclear). La Tomografía por Emisión de Positrones (TEP o PET) es una técnica no invasiva de diagnóstico e investigación por imagen capaz de medir la actividad metabólica de los diferentes tejidos del cuerpo humano, especialmente del Sistema Nervioso Central. Al igual que el resto de técnicas diagnósticas en Medicina Nuclear, la Tomografía por emisión de Positrones se basa en detectar y analizar la distribución que adopta en el interior del cuerpo un radioisótopo administrado a través de una inyección.

Lo que hace es medir la producción de fotones gamma (Resultado de la destrucción de un Positrón).Se utiliza para medir el paso de una sustancia por la barrera hematoencefálica(Barrera entre los vasos sanguíneos y el encéfalo). Se inyecta la sustancia que se desea investigar unida a un isótopo que emite positrones. Es en tiempo real y se ve de forma de una imagen dimensional del cerebro usando técnicas matemáticas de imagen.

Existen varios radioisótopos emisores de positrones de utilidad médica. El más importante de ellos es el Flour-18, capaz de unirse a la glucosa para obtener el trazador 18-Flúor-Desoxi-Glucosa (18FDG). Es decir, se obtiene glucosa detectable mediante la emisión de señal radiactiva.

La TEP, por tanto, permite localizar los focos de crecimiento celular anormal en todo el organismo.

Hablando de esto, un aspecto importante es la producción de pares Electrón -Positrón. solamente ocurre a elevados niveles energéticos (a partir de 1,02 MeV). Fotones de alta energía pueden producir una interacción con el núcleo del átomo involucrado en la colisión. La energía del fotón se materializa produciendo un electrón (e-) y un positrón (e+).

El positrón producido tiene una vida muy corta y desaparece rápidamente por colisión con un electrón. Ambos se aniquilan cediendo su masa para producir dos fotones de 0,51 Mev. La producción de pares es importante cuando fotones de alta energía inciden sobre materiales de elevado número atómico.

Un proceso alterno a este en donde se tiene una relación N/Z menor a la unidad debido a un exceso de protones se le ha llamado "Captura Electrónica" del cual hablaremos en la próxima de nuestras entradas.

Radioactividad!

RADIACIÓN BETA (EMISIÓN DE NEGATRONES)

Continuamos con esta serie "Radioactividad", Hoy hablaremos de un tipo de radiación la cual se había comentado anteriormente cuando hablamos del Neutrino: La Radiación beta.

Es importante aclarar que existen dos tipos de radiación beta, la primera de la que hablaremos es la emisión de negatrones. En la cual mediante un suceso radioactivo se emite un electrón, pero no un electrón ordinario como el que se puede arrancar de un orbital electrónico.

Recordando que la emisión de partículas es el camino para que un Radionúclido encuentre o alcance su estabilidad, la emisión beta consiste en lo siguiente: Un Neutrón se convierte en un Protón, un electrón y simultaneamente se emite un antineutrino. De esta manera el número atómico aumenta en una unidad.

Entonces tendríamos algo como lo siguiente:

De igual forma a como lo hicimos en la entrada anterior "Radiación alfa", también comentaremos algo de historia y mencionaremos un ejemplo de este tipo de emisión.

Y bueno... dice así:

Comentabamos que en los experimentos realizados mediante la influencia de campos eléctricos y magnéticos para desviar a las partículas emitidas en "x" radiación. Buen pues, hablando de esto, La fracción de la radiación que era fácilmente desviada por el campo magnético constituye la radiación beta. El sentido de la desviación suponía la presencia de las partículas cargadas negativamente. Becquerel realizo un estudio sobre las partículas. Una sal de radio fue colocada en el fondo de un recipiente de plomo, con una abertura muy estrecha, dejando salir un haz bien definido de estas radiaciones. A la salida penetraban en un campo magnético de un electroimán, que actuaba sobre ellos en forma perpendicular a la dirección de propagación. Las partículas cargadas seguían trayectorias circulares, por lo tanto el radio circular dependía de la carga, de la masa y de la velocidad. Sobre una placa fotográfica, colocada horizontalmente en el campo magnético, se veían trazas de punto de impacto y la radiación en forma curvada.

Pierre y Marie Curie verificaron el signo de las cargas eléctricas transportadas por la radiación beta. Para esto eliminaron la radiación alfa de la fuente con una placa metálica delgada y la radiación beta no absorbida penetraba en un bloque de parafina, el cual estaba colocado en un disco metálico unido a un electroscopio.
La radiación beta completamente absorbida por el disco le comunicaba sus cargas negativas. Contrariamente al la radiación alfa, cuya naturaleza fue difícil de identificar, la de los rayos beta fue conocida rápidamente.

Los métodos clásicos permitieron conocer la relación e/m y la velocidad de las partículas. Se encontró exactamente para la relación e/m el valor que Thomson había determinado para los rayos catódicos en un tubo de “Crookes”(Cono de vidrio con 1 ánodo y 2 cátodos). Por lo tanto, la radiación beta no era otra cosa más que electrones. Observaron una diferencia en el poder de penetración entre los rayos catódicos y la radiación beta. La velocidad de propagación de los electrones en el interior del tubo de “Crookes” es un poco superior a la de la radiación alfa, es decir, del orden de 20 000 a 30 000km/s; la de la radiación beta es extremadamente grande. Esa diferencia de velocidad depende del origen y es necesario medirla en el vacío para evitar un frenado por choques con las moléculas. Así, esta puede alcanzar un valor de 290 000km/s.

La energía cinética de estas partículas extremadamente pequeñas es considerable, aun cuando su masa sea 7 000 veces mas pequeña que la de las partículas alfa, las beta tienen un poder de penetración superior. Impresionante no?

Como ejemplo tenemos al núcleo estable del isótopo 31 de fósforo (P). La adición de un neutrón produce un núcleo del isótopo 32 de fósforo (P), el cual se encuentra por encima de la línea de estabilidad, el balance de la desintegración es:

Entonces, si revisamos el número de protones y neutrones que se tienen antes y después de la reacción, se tiene que: Por principio de cuentas, el fósforo tiene 15 protones y 16 neutrones la adición de un neutrón lo deja con 17 neutrones y 15 protones, entonces se encuentra fuera de la línea de estabilidad (Ilustrada en la entrada anterior); esto conduce a una desintegración la cual para alcanzar el equilibrio se incrementa el número atómico (Z), El número de protones crece.

Bien! si recordamos que la desintegración beta consiste en que un neutrón se convierta en un protón, un electrón y un antineutrino, Si obsevamos la reacción tenemos que el número de protones es 15 inicialmente pero se adiciona un neutrón y entonces se tiene un exceso de estos. Después de la desintegración pasamos de 15 protones a 16. Ahora ya se ha alcanzado el equilibrio, se tienen tantos protones como neutrones.

Solamente como detalle, la energía liberada en este proceso es de: 1708KeV(Kilo-Electro Volts). la cual se reparte entre la partícula beta y el antineutrino. En la práctica solamente se mide la de la partícula beta, cuya energía puede tener dos valores desde cero hasta un valor máximo, que en este caso particular es de 1.7 MeV. Las partículas β-, por lo tanto, se caracterizan por un espectro continuo de energía, como se representa:

Por el momento dejaremos hasta aquí a la emisión de negatrones (Electrones negativos) y, en nuestra próxima entrada, De igual forma a la de hoy hablaremos de la Radiación beta pero a diferencia de esta, será sobre la emisión de la "partícula anti" del electrón: Los positrones.

Radioactividad!

RADIACIÓN ALFA

Hoy, como lo comentabamos en la entrada anterior "Caracterización de la radiación", hablaremos de la primera de las radiaciones por conocer: La radiación alfa.

Ya hemos caracterizado a la radiación pero... Que es la radiactividad?

La podemos definir como un proceso espontaneo que se lleva a cabo debido a una inestabilidad en el núcleo de los átomos. Dicho de una manera más técnica: Es un desequilibrio de la relación N/Z(Neutrón - Protón) y la evolución hacia una configuración más estable. Es decir, se puede considerar que los núcleos estables tienen el mismo número de protones que de neutrones pero, si se tiene un exceso en cualquiera de los dos, el núcleo se desará de ese exceso de partículas hasta alcanzar su equilibrio (No. Neutrones =No. Potones).

Nosotros vemos esa inestabilidad en los núcleos como una emisión de partículas o También dicho una Radiación.

En este caso (Radiación alfa), existen ciertas condiciones para que se lleve a cabo, de las cuales hablaremos a continución.

Por principio de cuentas, Espero que no te aburras pero, es importante conocer un poco de historia sobre esta partícula y, posteriormente, comentaremos condiciones y por que no? Unos ejemplos de esta.

La radiación alfa es una emisión núcleos de Helio, dos protones y dos neutrones. También, las partículas alfa, son llamadas "ión Helio", por que como lo comentabamos, solamente es el núcleo sin los electrones, es decir, no es eléctricamente neutro(Entonces lleva carga - La del protón).

Se vería más o menos así:

También es importante conocer algo que se leha llamado como "Curva de Estabilidad", tiene que ver precisamente con la relación N/Z. Los elementos que se encuentran sobre la línea trazada a 45° son los elementos "Estables", de igual forma los que se encuentran fuera de ella son los que presentan propiamente un cierto grado de inestabilidad. Y hablando de esto, algunos de ellos como el isótopo 238 de Uranio, tienen una vida media de aproximadamente 4.5x10^9 años. Para que te des una idea de cuanto tiempo es, imagina que estaría cerca el fin del Sol y una muestra de este material seguiría irradiando partículas.

Pero bueno! pasemos con algo de historia.

Los físicos conocían las propiedades de la radiación alfa, pero eran muy reducidas según su naturaleza. Se había comprobado que las partículas alfa se prolongaban en línea recta y se había intentado desviarlas de su trayectoria normal con un campo magnético para comprobar su naturaleza eléctrica, pero sin resultados significativos.
Rutherford y Pierre Curie demostraron igualmente que una parte de la radiación emitida por una sustancia radioactiva era desviada por campo eléctrico.

Rutherford logro el experimento en 1903, utilizando un poderoso campo magnético y con una fuente intensa, los rayos fueron canalizados estrechamente antes de penetrar en una cámara de ionización donde los iones formados eran captados. Rutherford estableció que la radiación alfa eran partículas con carga eléctrica y posteriormente determino el valor del cociente e/m (carga –masa) de la partícula, desviando el haz de rayos por fuerzas eléctricas y magnéticas. Estos resultados fueron de vital importancia para comprender los fenómenos radiactivos. En principio la radiación alfa porta carga eléctrica positiva y posee velocidades relativamente elevadas. Siguiendo la analogía con los rayos positivos o catódicos, se podía esperar que por comparación del valor de e/m de los elementos conocidos se pudieran identificar a los átomos ionizados, que constituye a los rayos alfa.

Por la imprecisión de las medidas de e/m pudieron suponer que la especie era hidrogeno o helio. Mas tarde Ramsay y Soddy resolvieron el problema, haciendo una demostración sorprendente: hicieron pasar la radiación alfa producida por una sal de radio, a través de una pared de vidrio muy delgada, a un recipiente evacuado también de vidrio y en unos cuantos días se había acumulado en el recipiente suficiente gas, el cual fue identificado espectroscopicamente. Las líneas características encontradas pertenecían al helio. Tanto Louis Debierne como Mme. Curie encontraron que el actinio, lo mismo el polonio, también producían helio.

Parecía más y más probable que la radiación alfa eran iones de helio y que portaban dos cargas elementales. También fue Rutherford quien estableció este último punto. Se podía precisar que la emisión de rayos alfa por las sustancias radioactivas estudiadas eran iones de helio con dos cargas positivas y velocidades aproximadas de 20 000km/s.
Por lo tanto, se puede comprender por que el recorrido de la radiación alfa en un gas cualquiera aumenta cuando la presión o el numero de moléculas por unidad de volumen disminuye.

Ahora bien! con estos antecedentes pasemos a las condiciones bajo las cuales se da dicha emisión.

La partícula alfa no es una partícula fundamental; está formada por dos neutrones y dos protones, de manera idéntica a un núcleo de He, muy estable. En el decaimiento alfa, el número atómico (Z) del elemento disminuye en dos unidades y el número de masa (A) en cuatro. La mayor parte de los núcleos pesados decaen por emisión de partículas alfa según lo siguiente:

En los núcleos pesados (A > 140), la suma de las energías de unión de dos neutrones y de dos protones, los menos unidos, es inferior a la energía de unión de los cuatro nucleones en el núcleo de He . Por consecuencia en esos núcleos es posible la emisión de He(Partícula alfa). Un ejemplo de decaimiento alfa es el isótopo 238 de Uranio , la energía de unión de los cuatro últimos nucleones es de 24 MeV y la de la partícula alfa es de 28 MeV, por lo tanto, la energía de unión de esta partícula en el núcleo de Uranio 238 es -4 MeV.

Una transición alfa está acompañada de la emisión de rayos gamma. El proceso puede representarse de la siguiente manera:

De esta manera, el Torio (Th) y el He (Partícula alfa) juntos, son más estables que el Uranio 238.

Existe algo llamado "Energía de retroceso" la cual se da en cada una de las emisiones , a su tiempo, hablaremos de ella, pero por hoy dejaremos la emisión alfa (como artículo propio) hasta aquí.

En la próxima entrada, una de las emisiónes de la que ya hemos comentado algo cuando hablamos del Neutrino: La emisión Beta.

Radioactividad!

CARACTERIZACIÓN DE LA RADIACIÓN

Comenzamos con esta nueva serie y la primera de sus entradas: Radioactividad!-Caracterización de la Radiación.

En esta Pequeña serie trataremos de describir de una forma breve y concisa, los aspectos más importantes sobre el tema.(es importante para el lector que no le pierda la pista a estas entradas debido a que se comentarán puntos de gran interés para nuestro viaje por la Física, y mejor aún, Por la "Teoría de Cuerdas".

Pero bueno... dicho mal y pronto, aquí vamos!

Después del descubrimiento de la radioactividad, se hicieron numerosos ensayos para estudiar las propiedades de esta radiación, especialmente para medir el poder de penetración en diferentes materiales, la ionización especifica en diferentes gases y el comportamiento bajo los efectos de campos eléctricos y magnéticos.

Röntgen había examinado el poder de penetración de los rayos X, intercalando entre la fuente y la pantalla fluorescente laminas de diferentes espesores de componentes determinados. En experimentos análogos con una sustancia radioactiva comprobó la flourecencia en la pantalla disminuía rápidamente cuando colocaba placas metálicas delgadas, la luminiscencia permanecía mas o menos constante y desaparecía cuando eran colocadas un numero considerable de esas placas. Desde el punto de vista de la penetración de la radiación, llegaron a separar dos tipos de radiaciones. Después recubrieron el recipiente que contenía una sal de radio con una hoja metálica lo suficientemente delgada para disminuir un poco la luminiscencia en la pantalla y se comprobó que la conductividad eléctrica del aire y la producida en las mismas condiciones con una sal no cubierta presentaban igualmente una diferencia muy notable en estos resultados. Cuando la hoja de metal es muy delgada, el aire se vuelve muy conductor y a partir de cierto espesor disminuye bruscamente.

Ernest Rutherford (1871-1937), nativo de nueva Zelanda, trabajo bajo la dirección de J.J. Tomson en el colegio Trinidad. Fue profesor investigador en la universidad de Mc Gill, director del laboratorio de física en la universidad de Victoria y director de laboratorio en Cavendish (1919-1937); por su trabajo, recibió el premio Nóbel de química en 1908. En 1899 Rutherford inicio el estudio sobre las propiedades de las radiaciones, utilizando un instrumento similar al electrómetro. Las medidas sobre absorción de los rayos con hojas metálicas dieron a conocer que había dos componentes. Un componente era absorbido con unas 10 micras de aluminio y fue nombrada “radiación ά”. El otro tipo de radiación se absorbía considerablemente con casi 100 veces ese espesor de aluminio y fue nombrada “radiación β”. Posteriormente, Paul Willard encontró otro tipo de radiación que consistía en una forma muy energética de ondas electromagnéticas, a la cual denomino “Rayos Gamma”.

Rutherford y Mme. Curie, esperaban observar que los diferentes tipos de radiación fueran mas fácilmente absorbidos por la materia en un estado menos condensado que el estado sólido, por ejemplo el estado gaseoso.

La radiación del polonio presentaba la particularidad de emitir casi solamente radiación alfa. Esta producía, como las otras radiaciones, fosforescencia de ciertas substancias. Mme. Curie observo que si alejaba lentamente una fuente de polonio de la pantalla fluorescente, la luminiscencia disminuía y después desaparecía bruscamente cuando la colocaba a casi 4 cm. Del polonio. El recorrido de los rayos ά variaba según la naturaleza del gas absorbente y la presión, es decir, con la aproximación más o menos grande de las moléculas de las moléculas del gas. De estos trabajos se supo que el carácter esencial de la absorción de la radiación alfa aumenta con el espesor de la materia que atraviesan. Esto condujo a madame Curie a pensar que se trataba de partículas materiales perdiendo progresivamente su energía.

Bragg continúo los estudios sobre la absorción de la radiación alfa en los gases, midiendo la ionización que resultaba a su paso en volúmenes de gas a baja presión, colocados a distancias variables de la fuente, o sea el largo de la trayectoria. Este volumen se encontraba limitado por dos conductores colocados junto a la fuente radiactiva. El conductor inferior era una rejilla que dejaba pasar las radiaciones, el otro estaba unido a un electroscopio; entre ellos se establecía una diferencia de potencial, de tal manera que se podían captar los iones producidos.

Las radiaciones de sustancias radioactivas naturales fueron clasificadas en tres tipos, según su poder de penetración. Las partículas alfa presentan poco poder penetrante y fueron detenidas con hojas de papel común, pero causaban gran ionización en el aire.
Las partículas beta presentaban menor poder ionizante pero mayor poder penetrante, ya que podían pasar fácilmente hojas delgadas de metal. El tercer tipo, aun con menor poder ionizante pero pudiendo penetrar gruesas capas de diferentes materiales, fueron las radiaciones gamma.

Dejaremos hasta aquí nuestra primera entrada, en la próxima hablaremos de la primera de las radiaciones por conocer: "Radiación Alfa".

Nuestros primeros pasos! - VI (Modelo Estandar - Definicion y Partículas)

El NEUTRINO (CONTINUACIÓN)

Continuamos nuestro viaje a través del mundo de la Física de Partículas, hablando de una de las partículas más interesantes del modelo estándar "El Neutrino". Como lo comentabamos en la entrada anterior, el neutrino es un Fermión del tipo Leptónico, esto quiere decir que es una de las partículas que constituyen el mundo material. Solamente que esta no siente dos de las cuatro fuerzas fundamentales: La electromagnética y la Fuerza Nuclear Fuerte. Es decir, no puede ser desviada debido a la ausencia de carga y tampoco siente la fuerza encargada de mantener juntos a los protones y neutrones (También llamados Nucleones) en el núcleo del átomo. Pero...¿Como es posible que estas partículas existan?. Como se Generan? De donde Vienen? Todas estas preguntas las contestaremos a continuación.

Por principio de cuentas estas partículas, como ya lo habíamos comentado se generan principalmente en la desintegración beta. Una de las principales fuentes de Neutrinos es precisamente nuestra estrella rey: El Sol.

Mediante reacciones que se llevan a cabo en el núcleo del mismo, es posible que estos existan. Debido a que los neutrinos son partículas que como ya lo habíamos comentado presentan una sección eficaz muy reducida, salir del núcleo del sol les es muy sencillo (Sabiendo que la densidad del sol es elevadisima); Así mismo a la tierra la atraviesan constantemente cada segundo.

He aquí un diagrama de las reacciones que se llevan acabo para la producción de Neutrinos:

Credito: Wikipedia

El Sol es un reactor de fusión nuclear alimentado por una reacción protón-protón en cadena la cual convierte cuatro núcleos de hidrógeno (protones) en helio, neutrinos y energía. El exceso de energía es liberada como rayos gamma y energía cinética de las partículas, incluyendo los neutrinos los cuales viajan desde el núcleo solar hasta la Tierra sin ninguna absorción apreciable por las otras capas solares.

A medida que los detectores de neutrinos se hicieron lo suficientemente sensibles para medir el flujo de neutrinos del Sol, se vio más claro que el número de neutrinos detectados era menor que lo predicho por los modelos. En diversos experimentos, el numero de neutrinos detectados era entre la mitad y una tercera parte de la predicción teórica. Este aspecto de analizar que la cantidad de neutrinos recibidos es menos de lo predicho teóricamente, se le conoce con el nombre de "El problema de los Neutrinos". La solución propuesta para dicho problema es que: Los neutrinos poseen masa y eso es efectivamente lo que hace que se obtengan las dos restantes clases conocidas de neutrinos hasta hoy, El neutrino muónico y el neutrino Taónico.

También existen fuentes humanas productoras de neutrinos como son las Centrales nucleares donde se pueden producir cerca de 5 x 10^20 antineutrinos por segundo; de igual forma pero en menor cantidad, los aceleradores de partículas. Y bueno... hablando de esto, es importante comentar sobre el "Sudbury" en una mina de Canadá, el cual es un detector de Neutrinos creado por el Humano. Con esta clase de asistencias para el Hombre, fue posible detectar que efectivamente el Neutrino posee una determinada cantidad de masa la cual le permite a lo largo de su viaje a la tierra, pasar de un clásico neutrino electrónico como los que se producen en el sol, a un neutrino de carácter Muónico o bien Taónico. Por eso, ¡La cantidad de Neutrinos detectados, no coincidía con la cantidad de neutrinos teóricamente producidos(Calculados por los físicos) en el sol que apuntan hacia nosotros!

En fin... a grandes rasgos, El observatorio de neutrinos de Sudbury es un laboratorio internacional construido expresamente para intentar resolver el misterio de los neutrinos procedentes del Sol, un dolor de cabeza para los físicos desde hace décadas. Es el primer detector del mundo de agua pesada (dos átomos de deuterio y uno de oxígeno) y se construyó en Canadá por la disponibilidad única en aquel país de esta materia prima, utilizada en las centrales nucleares canadienses.

A una profundidad de dos kilómetros, en la zona más profunda de una antigua mina, el observatorio consiste en una esfera de material acrílico de 12 metros de diámetro llena de agua pesada (contiene 1.000 toneladas) y suspendida en una cavidad mayor (de una altura equivalente a un edificio de 10 pisos) llena de agua pura(50.000 toneladas). Alrededor de la esfera acrílica una batería de fotomultiplicadores(11.000) impide que las posibles interacciones de los neutrinos con otras partículas, que delatan su presencia, queden sin detectar. Como todos los observatorios de neutrinos -en cavernas, bajo el hielo antártico o en el fondo del mar-, el de Sudbury está en un lugar aislado en el que se pueden detectar las debilísimas señales de los neutrinos sin la interferencias como la de los rayos cósmicos.

Una imagen de el:

Credito: Wikipedia

Es impresionante la capacidad de estas partículas "Fantasmales" como las llaman los físicos no? Por el momento dejaremos al Neutrino hasta aquí a menos de que surga algo extra que se pueda agregar. En la próxima entrada nos despegaremos de la Serie "Nuestro Primeros Pasos-(Modelo estándar-Definición y Partículas)" y empezaremos otra serie en la que necesitamos hablar de temas importantes para Nuestro viaje en la Física de Partículas. Empezaremos con la serie Radioactividad! y con la primera de Nuestras entradas "Caracterización de la Radiación"

Nota: La serie "Nuestro Primeros Pasos-(Modelo estándar-Definición y Partículas)", No ha terminado, solamente empezaremos con otra serie sin abandonar a la anterior.

Nuestros primeros pasos! - VI(Modelo Estandar - Definicion y Partículas)

El NEUTRINO

Después de no haber escrito por ya algún tiempo, hoy, como lo mencionamos en la entrada anterior (El Fotón), hablaremos del Neutrino, una de las partículas más conocidas y que llama mucho la atención a los físicos. (Recomendamos al lector que si, no ha leído las entradas anteriores, definitivamente lo haga, debido a que si no tiene conocimientos previos sobre las partículas, posiblemente no sea de fácil comprensión. Como siempre trataré de escribir de forma que lo entendamos todos de la mejor manera sin, repito, profundizar en el tema)

Esta partícula de la que hablaremos, es un fermión que, como ya habíamos comentado, son las partículas Básicas Constituyentes de la materia. También es un Leptón, por lo tanto, al igual que el electrón, no siente la fuerza nuclear fuerte; Sin embargo, este además no siente la fuerza electromagnética. Pero por que?... Sencillo!!! El Neutrino es una partícula con una carga Neutra y de echo se le concidera con masa practicamente nula. No es que no la tenga, solamente que es tan pequeña que es practicamente despreciable; y para que te des cuenta querido lector de que tan pequeña es, imagina algo tan ligero como aproximadamente una diez milésima parte de la masa del electrón.

En 1930, la desintegración beta, por la cual un neutrón libre (recuerda la entrada sobre él), pasados unos 15 minutos de vida media, se desintegra en un protón y un electrón, se conocía relativamente bien. Sin embargo, algo no encajaba: los principios de conservación de la energía y la cantidad de movimiento no se cumplían. Dicho de otra manera: la energía y la cantidad de movimiento del neutrón eran más grandes que las de el protón y el electrón producidos. Sin embargo, ninguna otra partícula se observaba.

Precisamente por esa razón es que el neutrino fue durante algún tiempo, una partícula indetectable para la tecnología de ese entonces. Wolfgang Pauli, propuso una posible solución: en la desintegración beta se estaba produciendo alguna otra partícula. Una partícula que los científicos no podían ver, pero que se llevaba la energía y el momento que faltaban en la reacción. Esta partícula debía tener una masa minúscula o no tener masa, y no tenía carga.

El echo del por que no podía ser detectada la partícula, repito, es en esencia por ser un fermion del tipo leptónico, Esta partícula "No siente la fuerza nuclear fuerte ni la electromagnética", por lo tanto no es una partícula en la cual, la fuerza que mantiene unidos a los Protones y Neutrones en el núcleo, pueda tener influencia sobre ella y además, sin carga, No la podían desviar con alguna especie de campos eléctricos o magnéticos debido a la ausencia de carga!! Pero bueno... de una manera más técnica podemos contestar la misma pregunta del por que no era detectada si recurrimos a un término que se le conoce como "Sección eficaz". Esto es digamos una probabilidad, una probabilidad de interacción entre partículas. El Neutrino por ejemplo, tiene una sección eficaz muy pero muy reducida; dicho de otra forma: El Neutrino tiene una probabilidad de choque muy, muy baja. Por eso mismo no es tan fácil detectarlo, pasa sin interaccionar con la materia.

Hablando precisamente de esto, un aspecto importante del neutrino es que, nadie lo nota pero exactamente en este momento, mientras lees esta entrada, te atraviesan más o menos unos 200, 000 000 000 000 (docientos billones ) de neutrinos cada segundo. Eso es más o menos unos 70,000 000 000 de neutrinos por segundo en cada centímetro cuadrado en la superficie de la tierra o también unos 90.000.000.000.000.000.000.000.000.000 neutrinos por segundo en toda la superficie de la tierra aproximadamente.

Otro aspecto importante es que para detener la mitad de neutrinos que pudieran entrar en la habitación en la que posiblemente te encuentras ahora mismo, se requiere de una plancha de plomo de más o menos " 1 año luz de espesor". Para quienes no se familiarizan con el término, imaginemos algo como lo siguiente: Pensemos en la posibilidad de que pudieras viajar a la velocidad de la luz; entonces, imagina que en este momento tu sales disparado en cualquier dirección (no importa cual) y viajas durante un año entero medido por ti mismo. Al término del año, te fijas donde estas parado o hasta donde llegaste y mides la distancia recorrida. Si tomamos en cuenta que la velocidad de la luz es aproximadamente 300,000 km/seg. Imaginate ahora viajando a esa velocidad durante un año entero y la distancias que recorras es entonces el espesor de la plancha de plomo. Que piensas de eso eh?

Clyde Cowman y Frederick Reines en 1956 demostraron mediante experimentación que efectivamente existen los neutrinos. Hicieron Incidir un haz de luz sobre agua, notaron la emisión de fotones subsiguiente y aprovaron su existencia.
Los Neutrinos son partículas que poseen "Velocidades Relativistas", esto quiere decir que viajan a velocidades cercanas a las de la luz. A este tipo de partículas se les considera en términos cosmológicos como "Materia Oscura Caliente" Precisamente por poseer velocidades Relativas a la luz.

El neutrino como ya lo hemos comentado con otras partículas, tambièn tiene su "partícula anti" que es el "Anti- Neutrino". De echo, hoy sabemos que la partícula que propuso Pauli para explicar la desintegración de un neutrón en un protón y un electrón(emisión de negatrones) no es un neutrino: es un antineutrino electrónico.
Y por que no? De una buena vez, hablando precisamente de este tema, Es importante saber que no existe únicamente un neutrino sino tres tipos: Uno asociado al electrón y otros dos asociados a otros dos leptones (El muón y el tauón, Dedicaremos una entrada única para cada partícula). Cada neutrino puede tomar parte en las reacciones nucleares en las que aparece su leptón particular.

Por lo tanto, no basta con decir “neutrino”, sino que hay que especificar: existe un neutrino electrónico, un neutrino muónico y un neutrino tauónico (De igual forma existe su contra parte: Una antipartícula para cada uno de los mencionados). Por ejemplo, en la desintegración beta se produce un electrón, de modo que el antineutrino que ahí toma parte tiene que ser un antineutrino electrónico.

Donde la "v" testada simboliza al antineutrino electrónico que estaba en la predicción de Pauli.

Más adelante dedicaremos una o más entradas únicamente para habar de tipos de emisión de partículas; para mi punto de vista es un tema que requiere su tiempo y un interés especial.

Dejaremos esta entrada hasta aquí, pero en la próxima continuaremos hablando de esta misma partícula y de algunos de los aspectos más importantes de esta singular amiga!.Seguramente estimado lector te puedes estar preguntando: Como caramba se forma un neutrino?
Esto y más lo discutiremos en la próxima de las entradas.

Nuestros primeros pasos! -V (Modelo Estandar - Definicion y Partículas)

FOTÓN (CONTINUACIÓN)

Continuamos nuestro viaje a través de la física de Partículas describiendo al modelo estándar, Hablamos del fotón. Comentabamos que el universo para el fotón es algo que no puede experimentar debido a que no presenta cambio desde que es emitido hasta que es absorbido. Además, La distancia que recorrerías entre los dos átomos medida por ti mismo, debido a la contracción de la longitud, sería exactamente cero.

Otro aspecto interesante sobre el fotón es que, a pesar de no tener masa, si pueden modificar la de la fuente de donde es emitido o bien de quien es absorbido. Precisamente la energía del fotón proviene de esa perdida de masa ( En caso de la emisión). Esto por que?... Recordemos al Maestro Einstein y su equivalencia de la masa con la energía, una perdida de masa se ve reflejada como una liberación de energía y viceversa.

El fotón, es un bosón, es el constituyente de la radiación electromagnética y es el intermediario de la interacción electromagnética. Algunos tienen vidas muy largas, por ejemplo, los emitidos por una estrella que viajan durante miles de millones de años por el espacio. Otros, como los que está emitiendo tu cuerpo ahora mismo por el hecho de tener temperatura (fotones infrarrojos) tienen vidas muy cortas: sólo tardan unos 0,00000001 segundos en desaparecer.

Importante es saber que los fotones libres también pueden ser peligrosos, debido a que, por pensar en algo, te acercas a una fogata y empiezas a notar que te calientas, pero si estos fotones infrarrojos tienen una mayor intensidad, lo verás reflejado cuando empiezas a quemarte.Pero llega un momento en el que un fotón tiene tanta energía que no hace falta una gran intensidad para dañarte: a partir de los fotones ultravioletas, cada fotón tiene tanta energía que puede “descolocar” los ácidos nucléicos de tu ADN, provocando un cáncer.

Piensa en todas las operaciones que se llevan a cabo gracias a los fotones: Respirar (Reacciones Químicas) las interacciones con las partículas para que tu puedas ver este articulo, escribir, las reacciones químicas y una infinidad de cosas se llevan a cabo en este momento en todo el universo sin que te des cuenta de lo que pasa. Pero esto sucede por que el fotón tiene una energía practicamente despreciable mas o menos de 0,0000000000000000001 Julios, con esta energía, no podemos ser concientes de que están por ahí como partículas individuales.

Es maravilloso todo aquello en lo que esta involucrado el fotón no? De una u otra manera estamos en contacto con el y mucho de lo que podemos hacer por ejemplo ver, no lo haríamos si este no existiera.

Con esta entrada terminamos el fotón ( A menos de que surga algo nuevo) y en la próxima, hablaremos de una partícula que mencionamos cuando entramos en la vida del neutrón y esta es una de las partículas más misteriosas hasta hoy: El Neutrino.

Nuestros primeros pasos! - V(Modelo Estandar - Definicion y Partículas)

EL FOTÓN - (CONTINUACIÓN)

Hoy continuamos con el fotón y algunos de los experimentos en los que se ve involucrado el mismo. Hablábamos del efecto fotoeléctrico.

Comentabamos en la entrada anterior que de acuerdo a lo que se había observado en aquel entonces al momento de tomar un trozo de metal e iluminarlo, se notaba que solamente en ocasiones se podía apreciar dicho efecto, esto debido a que no dependía de la potencia de la luz (Cantidad de cuántos) sino del color de dicha luz (Energía de los cuántos).

De modo que si se iluminaba el metal con digamos una luz roja, por muy potente que esta sea (cuántos que transporta) no se desprenderán electrones, sin embargo, al tomar una luz azul por ejemplo, por muy tenue que esta fuera, producía efecto fotoeléctrico con facilidad.

En 1926 se adoptó para la partícula el nombre de “fotón”, propuesto por Gilbert N. Lewis y que viene del griego “luz”, combinado con la terminación -on que se había usado para el electrón: de modo que un fotón es una “partícula de luz“.

Entendiendo al fotón como una partícula, se puede explicar el efecto fotoeléctrico pero... por ejemplo, que sucedería con la Difracción?. solamente podía ser explicada si atendemos a la luz como una onda. (Posteriormente dedicaremos una entrada completa a la "dualidad onda- corpúsculo).

El fotón, dentro del modelo estándar, es un Boson, esto quiere decir que no es constituyente de la materia sino que está encargado de ser intermediario de las interacciones entre partículas. además tiene un spin entero (En este caso, 1).

Los fotones por ser bosones, pueden tener mismos estados cuánticos, lo cual puede dar lugar a que existan muchos fotones haciendo exactamente lo mismo.

Además, el fotón tiene otras características que lo hacen muy interesante: no tiene carga eléctrica, de modo que no siente la fuerza electromagnética. No tiene masa, por lo que durante cierto tiempo se pensó que no sentía la fuerza gravitatoria (la Teoría de la Relatividad General de Einstein cambió eso, y hoy sabemos que sí la siente, de ahí la existencia de los agujeros negros).

Pero entonces al no tener carga ni masa, que es lo que tiene?

Energía!! energía que la puede transmitir por ejemplo a los átomos para exitarlos. (Como sucede cuando te acercas un foco encendido a tu piel, los fotones chocan con tus átomos exitandolos).

Además, un fotón tiene momento lineal, es decir, es capaz de empujar cosas - esto se puede comprobar con relativa facilidad (por ejemplo, mediante experimentos del Efecto Compton) y, de hecho, algunos diseños de naves espaciales utilizan “velas” empujadas por un láser. Pero, además de energía y momento, un fotón representa cierto orden - dos fotones de frecuencias (”colores”) diferentes no tienen la misma energía ni el mismo momento, de modo que puedes tener una cantidad de energía (o momento) determinada con pocos fotones de gran frecuencia, o con muchos fotones de poca frecuencia.

Los fotones viajan siempre, en el vacío, a la velocidad de la luz (¡de ahí el nombre de la velocidad!). El Universo para los fotones es muy, muy raro... No experimentan el tiempo! literalmente. Es decir, el tiempo subjetivo que experimentan desde que son emitidos por un átomo hasta que son absorbidos por otro, sería igual a cero.

Un fotón no experimenta ningún cambio desde que es emitido por lo tanto es como decir que para el fotón, el universo no es algo que pueda experimentar. Nosotros si lo viéramos desde afuera, sería como verlo congelado durante toda su existencia.

Por hoy dejaremos esta entrada hasta aquí, en la proxima, seguiremos hablando del Fotón y de algunos de sus efectos.

Nuestros primeros pasos! - V (Modelo Estandar - Definicion y Partículas)

EL FOTÓN

Hasta el momento, todas las partículas de las que hemos hablado, son "Fermiones", es decir, partículas que componen todo aquello que nosotros le denominamos "materia" y que tiene la característica de poseer un "Spin semi-entero", por lo tanto, dos partículas no pueden tener el mismo estado cuántico (Como lo habíamos comentado en ocasiones anteriores). Por eso a estas se les conoce con el nombre de "Partículas materiales".

Aunque tal vez no sea lo más conveniente, ¡Vamos a hacer un recuento de lo que hemos estudiado!

Estudiamos en primer lugar a los quarks, que, como habíamos mencionado, son fermiones y logran sentir las fuerzas fundamentales, pero no los podemos tener libres en la naturaleza por un tiempo considerable debido a que tienden a formar partículas más complejas llamadas "hadrones". Pueden estar en grupos de dos (bosones llamados "mesones") y de tres (fermiones llamados "bariones"). Recordar que el electrón no está formado por quarks, es un "leptón", por lo tanto no siente la fuerza nuclear fuerte ( no se encuentra en el núcleo).

En las entradas anteriores hemos hablado de dos de estos bariones (grupos de tres quarks): el protón, que tiene carga positiva, y el neutrón, que tiene carga neutra. Estas dos partículas forman el núcleo de los átomos y por lo tanto se le ha designado el nombre de "Nucleones".

Hablaremos de una partícula que, por lo menos hasta donde sabemos, no está compuesta por otras partículas más simples, hablaremos del "Fotón".

Nota: Dedicaremos más de una entrada a este debido a que involucra algunos otros aspectos que, considero yo son importantes.

Originalmente no tenía este nombre, sino que fue propuesto unos 20 años después de la predicción Teórica del Maestro "Albert Einstein". El los llamaba en un inicio "Cuantos de Energía".

Las ecuaciones de Maxwell daban respuesta de una forma bastante elegante a los fenómenos eléctricos, magnéticos y radiación electromagnética casi a la perfección.

De acuerdo con estas ecuaciones, se podía notar que la Luz (Radiación electromagnética) tenía carácter de onda. Esto concordaba con diversos experimentos anteriores, como la existencia de interferencia y difracción demostradas por Young y otros. La energía que llevaba, por ejemplo, un rayo luminoso, era dependiente de su intensidad. Es decir, si yo tengo una linterna con una bombilla poco potente y otra con una bombilla más potente, la energía de la segunda es mayor que la de la primera y eso es lo único que determina los procesos involucrados con la luz.

Esto es lo que dio pauta para empezar con la Física cuántica, pero en esta ocasión nos centraremos en un experimento en particular: "El efecto Fotoeléctrico" (Más adelante considero yo importante, hablar puramente de este efecto). Para ese entonces ya se sabía mediante la experimentación que si se tomaba un trozo de metal y se iluminaba, de vez en cuando la luz desprendía electrones y se producía electricidad. "Pero esto no Ocurría siempre".

Supongamos que si yo tengo el trozo de metal y lo ilumino con un pequeño foco, no suceda el efecto fotoeléctrico, o puede que suceda si en vez de ese pequeño foco colocamos una bombilla más potente, pero no! Si no sucedía en ese momento, no volvería a suceder jamás!

Esto es efectivamente lo que tenía a los Físicos de la época vueltos locos.

Sin embargo, tiempo después de estudiar profundamente el efecto, notaron que si se toma un trozo de metal (Una vez más) y se ilumina con una luz roja, por muy potente que esta fuera no se producía el efecto, por el contrario si se tomaba una luz azul y se repetía el experimento aunque esta fuera poco potente no dejaba de desprender electrones, aunque no en la misma cantidad que si se tuviera una bombilla del mismo color más potente.

La solución al problema la dio considero yo el "Siempre genial Albert Einstein". presento la teoría de una forma elegante y certera; La luz, según Einstein, estaba formada por partículas puntuales llamadas “cuantos de luz” (Como ya habíamos mencionado.Esto decía a los físicos que el el electrón tenía cierta energía que dependía de la frecuencia de la luz y no de lo potente que fuera la misma. Es decir, la potencia solamente ayudaba con un mayor numero de cuántos, pero no con mayor energía!!

Nuestros primeros pasos! - IV (Modelo Estandar - Definicion y Partículas)

EL NEUTRÓN

En esta ocasión hablaremos del Nutrón(de igual forma que el protón, dedicaremos una entrada completa a este), una partícula que, al igual que el protón, esta compuesta por quarks de los que ya hemos hablado en la Serie. Si recordamos el tipo de quarks que tiene el protón, encontraremos que está compuesto por quarks up/up/down y el neutron a la inversa de este, up/down/down.

Al igual que el protón, el neutrón es un Fermion está compuesto por quarks por lo tanto es un hadrón y además, tiene tres de ellos(quarks), por lo tanto es también un barión.

Es importante saber el por que de la "neutralidad" del Neutrón, y esta se debe no a que no existan cargas, sino a que las que existen dentro de el se anulan. Si por ejemplo sabemos que el neutrón está compuesto por un quark up (u) y dos quarks down (d), entonces numéricamente tenemos: por el quark (u) +2/3 y por los quarks (d) tenemos -1/3 y otro -1/3, si los sumamos tenemos; +2/3-1/3-1/3=0. De ahí su neutralidad.

Los neutrones sufren las cuatro fuerzas fundamentales del Universo, como los protones: a pesar de no tener carga neta, tienen un momento magnético lo mismo que el protón, de modo que sufren la fuerza electromagnética, la nuclear fuerte, la débil y la gravitatoria. Sin embargo, la fuerza más importante para los neutrones es la fuerza nuclear fuerte, la que mantiene a los quarks unidos en su interior y une a los neutrones con otros neutrones y con los protones en el núcleo de los átomos: puesto que los protones y neutrones son los que forman los núcleos, a las dos partículas “hermanas” se las denomina nucleones.

Sin embargo, como ya dijimos hablando del protón, él es el realmente importante en el núcleo. El neutrón, al no tener carga, no convierte a un elemento en otro: añadir un neutrón al hidrógeno no lo convierte en otra cosa, sigue siendo hidrógeno, aunque tenga propiedades un poco diferentes (por ejemplo, es más pesado). Los átomos de un elemento con diferente número de neutrones se denominan isótopos. Algunos isótopos no son estables, como el isótopo 14 de Carbono de modo que se usan para fechado. ( Para determinar por ejemplo la antiguedad de pergaminos, huesos encontrados, plantas primitivas, rocas, etc).

Cuando el núcleo de un determinado elemento tiene exceso de neutrones como mencionamos, se vuelve "Inestable", por lo tanto manifestará su inestabilidad de alguna manera, y esta es emitiendo partículas (normalmente "negatrones"). Esto se debe a que de alguna u otra manera, el núcleo querrá alcanzar su estabilidad, y esto se logra efectivamente quitando el exceso que posee.

Otra diferencia entre el protón y el neutrón es que: ¡¡Dependiendo de qué combinación de quarks forma un hadrón, éste puede ser más o menos estable. Por ejemplo, ya dijimos que un protón libre podría no ser estable, pero de ser inestable su vida media probablemente es mucho mayor que la edad actual del Universo!!

Sin embargo, debido a como esta conformado el neutrón, uno de estos en estado libre (no asociado al núcleo), tiene una vida media mucho más corta que la del protón: unos 15 minutos. Por esta razon es que podemos ver en nuestro universo muchos de los protones (núcleos de Hidrógeno sin electrón), pero es muy difícil ver neutrones libres más de unos minutos. Cuando un neutrón se desintegra, lo hace en un protón, un electrón y un antineutrino (Lo comentamos anteriormente como la emisión β (-) ó emisión de negatrones).

¡¡Los neutrones libres son muy peligrosos!! por el echo de ser producto de la desintegración más peligrosa conocida. Pensemos en los siguiente: Otro tipo de emisiones como la de electrones por ejemplo, aunque son peligrosas, son faciles de parar, las partículas cargadas en cuando entran en contacto con un medio más o menos denso, empiezan a desviarse (debido a la fuerza eléctrica), a ionizar átomos arrancando electrones que se llevan parte de la energía y se mueven en otra dirección, etc. Es decir, la energía de esas partículas se disipa relativamente rápido.

¡Eso con las partículas cargadas! pero ... ¿¿Que pasa entonces con los neutrones??

Al ser neutros, la única manera de que pierdan su energía es que choquen con el núcleo de otro átomo. Por lo tanto, la protección contra neutrones requiere un espesor relativamente grande: y además, la masa atómica del núcleo de los átomos no influye mucho en su capacidad para pararlos, pues los núcleos son tan minúsculos comparados con el espacio entre ellos que un aumento de tamaño (por ejemplo, plomo en vez de hidrógeno) apenas influye. La mayor parte de los escudos contra neutrones son paredes espesas de cemento o parafina.

Nuestros primeros pasos! - III (Modelo Estandar - Definicion y Partículas)

PROTÓN

Esta entrada estará única y exclusivamente dedicada al el "protón" debido a que para mi punto de vista, es una de las partículas más interesantes encontradas.

Esta no es una partícula elemental debido a que se encuentra compuesta por partículas más sencillas. Además, este es también del grupo de los Fermiones es decir, forma parte del grupo de las partículas las cuales se encargan de constituir la materia.

Y por si fuera poco, el protón también es una "Hadrón", esto quiere decir que si se ve afectado por la interacción Nuclear fuerte (La encargada de mantener protones y neutrones unidos en el núcleo).

Un protón se compone de tres quarks (como el neutrón), que le confieren sus propiedades. Los que componen el protón son dos quarks arriba y un quark abajo, de modo que si pudieras ver por dentro un protón, descubrirías que está compuesto por tres quarks, los cuales también están unidos por fuerza nuclear fuerte. Si sumaras sus masas daría como resultado naturalmente la masa del protón y si sumas sus cargas (2/3 de la carga del Protón para los quarks “arriba” y -1/3 para el quark “abajo”) obtienes 2/3 + 2/3 - 1/3 = 1, es decir, la carga eléctrica del protón (que es opuesta a la del electrón).

La teoría de la gran unificación predice que el protón no es una partícula estable, debería desintegrarse al cabo del tiempo (el electrón, por ejemplo, es estable de acuerdo con la misma teoría).

Sin embargo, nadie ha visto hasta ahora la desintegración de un protón en otras partículas. De hecho, los experimentos realizados hasta el momento han demostrado que, si el protón al final resulta ser inestable, su vida media debe ser al menos de 10^35 años…¡cuatrillones de veces más que la edad del Universo!

Se cree que hace mucho tiempo, al inicio del universo, se formaron los protones, neutrones y otras partículas similares y desde entonces no existen quarks y gluones libres en la naturaleza. A esta propiedad se le conoce como "Confinamiento".

¿Como se forma el Protón?

La primera característica que queremos reproducir es su carga eléctrica +1. Para obtener este número, notamos que se necesitan al menos tres quarks o un quark y un antiquark (recordar que los antiquarks tienen la carga eléctrica opuesta al quark del mismo sabor). Por otro lado, sabemos que el protón es relativamente ligero en comparación con otras partículas que se han detectado experimentalmente,asi que probaremos construirlo a partir de los quarks (u) y (d).

Resulta que existe una partícula que se puede construir con carga eléctrica +1 y usando quarks y antiquarks (u) y (d). Se le llama "pión"(después hablaremos de el). Así que tenemos la otra opción y empecemos con un protón formado solamente de tres quarks los que, para simplificar, les asignaremos la misma energía, correspondiente a un tercio de la energía total del protón original. Por ejemplo, un quark (u) verde, uno (d) rojo y uno (u) azul. La carga eléctrica da la unidad, y el color es blanco (Existe neuralización del color); exactamente como se necesita.

Imaginemos que el quark verde emite un gluón verde-antiazul. Si vemos en este momento al protón, este no estará formado ya de tres quarks, cada uno de un color, sino de tres quarks y un gluón; además, dos de los quarks serán azules. Sin embargo, la carga total sigue siendo uno y el color blanco. No solo eso; la energía ya no estará igual en cada quark, pues el nuevo quark azul tiene menos energía que el quark verde original y la diferencia en energía la lleva el gluón.

Ahora imaginemos que ese gluón emite un par quark - antiquark, y que en ese momento vemos al protón. Ahora lo que vemos son cuatro quarks y un antiquark, pero ni la enrgía total, ni las cargas totales de color eléctrica han cambiado. Esto es, sigue siendo la misma partícula. Además nótese que este par quark - antiquark puede ser (u) - anti - (u) o (d) - anti - (d) o incluso (s) - anti - (s) o de cualquier otro sabor. solo que los sabores más pesados son más dificiles de prducir, por lo quenormalmente sólo se encuentra en el protón los sabores más livianos.

Esta combinación de cuatro quarks y un antiquark se ha descubierto recientemente en varias laboratorios; es muy parecida a los protones, pero más pesada. Se les ha asignado el nombre de "pentaquarks". Es claro que este juego se puede extender y complicar tanto como uno quiera al incluir este tipo de comportamiento en los tres quarks originales a la vez y repetir mchas veces el razonamiento anterior.

Concluyendo, el protón está formado por tres quarks (dos (u) y un (d)), es un fermión, un hadrón y dentro de estos también un barión (Hablaremos después de este último). El protón es capaz de sentir todas las fuerzas fundamentales: Gravitacional, Electromagnética, Nuclear Fuerte y Nuclear débil. Y, además, es importante aclarar que es la partícula que hace que existan los átomos.

La antipartícula del protón no tiene un nombre en lo especial como la antipartícula del electrón, simplemente es "Antiprotón", y las reglas antes mencionadas para detección de Antipartículas, se aplican de igual forma con esta.

Nuestros primeros pasos! - II (Modelo Estandar - Definicion y Partículas)

Una vez establecidas las condiciones para empezar a adentrarnos en el mundo de la "Teoría del Todo". Es indispensable hablar sobre algunos aspectos previos a dicha Teoría. Para empezar, hablaremos del modelo que concentra a los elementos de los cuales vamos a hablar a lo largo de toda la Serie. "El Modelo Estándar".


Este es un modelo que describe tres de las cuatro "fuerzas" o "interacciones fundamentales" en la naturaleza conocidas entre partículas elementales de la materia, Aplicando las reglas cuánticas a los campos continuos de la Física. Por lo tanto el modelo estándar es una "Teoría Cuántica de Campos".
Las cuatro fuerzas fundamentales mencionadas son: Interacción Fuerte, Interacción Débil, Electromagnética y Gravitacional. La fuerza electromagnética es la unión de dos fuerzas existentes: La Eléctrica y la Magnética, Formando así la antes mencionada. También es importante aclarar que, en la actualidad se han logrado unificar la Interacción electromagnética con la Interacción débil formando "La fuerza Electrodébil". Sin embargo la lucha interminable por lograr la tan afamada "Unificación de las Fuerzas Fundamentales" no termina.

QUARKS

Los quarks son parte del Modelo Estándar de partículas elementales, aunque hay extensiones del modelo que piensan que…¡están compuestos de partículas más pequeñas! Pero, por ahora, centrémonos en la teoría más ampliamente aceptada, que dice que son partículas fundamentales. Existen seis tipos diferentes de quarks a los cuales se le han dado los siguientes nombres (o "sabores", en la terminología de los físicos): arriba, abajo, extraño, encanto, cima y fondo, o por sus nombres originales en inglés: up (u), down (d), strange (s), charm (c), top (t) y bottom (b). el uso de la palabra "sabor" no tiene nada que ver con el significado cotidiano de la palabra; es sólo una etiqueta arbitraria. Al igual que el electrón, cada quark tiene su masa y su carga eléctrica. Además de la carga eléctrica, existe una nueva carga, a la que se le ha llamado "color".

A diferencia de la carga eléctrica, de la cual sólo hay una, hay tres tipos diferentes de cargas de color a las cuales se les asignan normalmente los nombres "roja", "azul" y "verde".Como ocurre en el caso de la carga eléctrica, cada carga de color puede tomar valores positivos y negativos. El electrón tiene carga eléctrica de -1. Un quark (u) dado tiene una de las cargas digamos roja, y tiene una unidad positiva de esta carga +1 roja.

Como los quarks siempre tienen sólo una unidad de carga, normalmente se omite el +1 y se dice quark (u)rojo (o quark (u) verde o quark (u) azul, según corresponda). En forma similar al electrón, cuando la carga eléctrica cambia de signo no se habla de un electrón con carga eléctrica +1, sino que se le da un nuevo nombre a la partícula; en este caso, "positrón". Así, no se dice que un quark (u) tiene carga eléctrica -1 roja, sino que se habla de un "Antiquark (u)" y su carga de color es "Antirroja".
¡Una nota curiosa es que los antiquarks no solamente tiene la carga de color opuesta a la de sus quarks correspondientes, sino que también tienen la carga eléctrica opuesta!. De esta manera un quark (u) rojo tiene carga eléctrica +2/3, y el antiquark (u) de color antirrojo tiene carga eléctrica -2/3. Todos los quarks pertenecen al grupo de los "fermiones".

ELECTRÓN

Es una partícula elemental, es decir, no está compuesto de partículas de mayor simpleza. Además, pertenece al igual que los quarks al grupo de los fermiones. Esta partícula tiene la peculiaridad de encontrarse en un determinado estado cuántico sin que otro electrón ocupe o se encuentre en el mismo estado. Los Fermiones son básicamente las Partículas que constituyen la materia. Si no fuera así, todos los electrones se encontrarían "apelotonados" cerca del núcleo y no existirian las reacciones Químicas, ni los niveles energéticos y por consecuencia, tampoco nosotros.

También, el electrón es un "Leptón", esto quiere decir que no tiene influencia alguna la Interacción Fuerte en el, Esta es la Fuerza que se encarga de mantener unido al núcleo en los átomos, Por esta razón, es que el electrón se encuentra girando alrededor del el y no formando parte del mismo. En física de Partículas, suele llamarse a el electrón, "Negatrón".

POSITRÓN

Esta es la "Antipartícula" del electrón, pero... ¿Que significa Antipartícula???

Esto quiere decir que si tenemos una partícula cualquiera con una carga determinada, su Antipartícula tendrá la carga contraria. Si suponemos propiedades, masa y carga para la partícula inicial y las conocemos, podemos plantear un juego de ecuaciones que nos permitan predecir el comportamiento de la misma. Sin embargo, el comportamiento de la antipartícula será indiscutiblemente el mismo que el de su correspondiente partícula (serían indistinguibles una de la otra) Pero entonces...¿Como distinguirlas??

En las ecuaciones tendríamos que cambiarle el signo a:

La carga: Si la partícula inicial posee una carga de carácter positivo, su antipartícula tendrá negativa como ya habíamos establecido. Entonces si se tiene para la partícula inicial una carga positiva y se pone otra carga positiva cerca de esta, se repelerán. Por el contrario, la antipartícula por tener carga opuesta se atraerá con ella. Como consecuencia, concluimos que no nos sirve por que no se comporta igual que la partícula inicial. (Recordar que la antipartícula se comporta de igual forma a la partícula). Por ello, podemos decir fácilmente que aquella que se atrajo con la tercer partícula, no es la antipartícula de la inicial. (Leer mas de una vez este ultimo párrafo por que se puede perder el lector).

La paridad: De una manera sencilla se puede decir que la paridad es que, si en mis ecuaciones ponía mi plano (x, y, z), ahora lo voy a colocar (-x, -y, -z). Si lo imaginamos comprobaremos que no es tan fácil deducir las diferencias, además recordar que la carga sigue siendo opuesta, por lo tanto se sigue atrayendo con la tercer partícula.

El tiempo: Esto es algo o bastante confuso de explicar, en nuestras ecuaciones pondríamos un signo negativo al tiempo, es decir, haríamos que el tiempo corriera hacia atrás. Imaginemos regresar el tiempo para la antipartícula, esto ocacionaría que ya no se atraería con la partícula como lo hacía en un principio sino que ahora observaríamos que se repele como lo hace la partícula original. Por lo tanto deducimos que se comporta igual que su Partícula correpondiente.

Pero bueno, una vez aclarado estos importantes aspectos, podemos seguir en nuestro camino para conocer al positrón, Con la ventaja de que ahora ya sabemos en que se basan para comprender en "esencia" a las antipartículas los Físicos. El nombre de "positron" se le concede por convenio, esto por ser la primer antipartícula conocida. Posiblemente conforme a lo anterior se te hubiera ocurrido querido lector, el nombre de "antielectrón", que, de alguna manera, claro que lo es.

Cuando un electrón y un positrón se encuentran en el espacio y están en el estado cuántico adecuado, se aniquilan el uno al otro y producen otras partículas. Lo más común es que produzcan dos fotones: como los fotones no tienen carga, la carga neta se conserva (la suma de las cargas del electrón y el positrón es cero). Es importante mencionar que, efectivamene cuando un electrón va hacia adelante, el positrón irá hacia atrás, pero... ¿Como saber si nosotros vamos en el sentido correcto? sería ilogico pensar que vamos hacia atrás, por que si nos ponemos a pensar en el electrón y el positrón, uno iría hacia la derecha y el otro hacia la izquierda, sin embargo el positrón no pensará que va hacia atrás, de igual forma al electrón el va hacia adelante... para el.

Nuestros primeros pasos! - Preludio

En esta primera entrada, comenzaremos por introducirnos un poco en el mundo de la física sin tratar de profundizar mucho en los temas desarrollados a menos de que así lo requiera. Esto, con motivo de que el lector no se pierda ni juzgue sin medios.

Nota(1): De a cuerdo al lenguaje que vamos a ocupar, es recomendable dejen un poco o bastante (según el caso) su intuición para después. Debido a que en algunos de los casos, lo comentado puede ir totalmente en contra de la misma.

Nota (2): Todas y cada una de las opiniones del lector son perfectamente aceptadas por un servidor. Estoy abierto a cualquier crítica, cambio o corrección que el mismo tenga que ofrecerme. Lo comentado en este blog, no es con motivo de creerlo en su totalidad, solamente es un espacio para comentar o tratar un muy particular punto de vista sobre la presente Teoría.

Como primera entrada, es importante aclarar algunos puntos que son importantes para empezar a introducirnos en el mundo de la Física. Hablaremos del campo que cubre la misma!

En primer lugar, tenemos a la "Física Clasica" o "Física Newtoniana", que es la encargada de dar respuesta a los problemas de nuestra realidad (casos de la vida cotidiana), como por ejemplo, lanzar una piedra, Tirar una moneda de lo alto de un edificio, cargar objetos, chocar un par de canicas o patear un balón, por citar solo algunos ejemplos.

En segundo lugar, La muy en lo particular magnifica "Física Cuántica", esta no es una rama de la Física fácil de comprender debido a que, como lo comentabamos en la entrada anterior (Introducción) se requiere dejar a un lado la intuición, por que de lo contrario, ninguno de los sucesos comentados en la Serie serán creibles.

Y por ultimo, tenemos a la "Física Relativista" o "Física de Einstein" por ser este ultimo el padre de ella. Y tiene aplicación cuando se analizan grandes campos gravitacionales, cuerpos de gran masa, alteraciones del tiempo y velocidades cercanas a la luz.

Es importante aclarar que, ¡Las Físicas son excluyentes una de otra!, es decir, donde una tiene aplicación o da solución, la otro no lo hace.
A lo largo de esta serie ocuparemos en su mayoría a la segunda de las Físicas anteriormente comentadas, la "Física Cuántica".