UNIVERSIDAD NACIONAL DE UCAYALI

FACULTAD CIENCIAS AGROPECUARIAS

ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA AGROINDUSTRIAL

LABORATORIO : Química

ASIGNATURA : Química General

PRÁCTICA N° : 2

NOMBRE DE PRÁCTICA : Leptones y Quarks

FECHA DE EJECUCIÓN : 08 de Junio del 2009

FECHA DE ENTREGA : 15 de Junio del 2009

PROFESOR : Quispe Cerna, Héctor José

ALUMNO : Cieza Quevedo, Kriss Almendra

CÓDIGO : 0002090072

CICLO ACADÉMICO : I

UCAYALI – PERÚ

ÍNDICE 2

Introducción - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 3

Objetivos - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 4

Fundamento Teórico - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 4 – 12

Discusiones - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 14

Conclusiones - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -- - - - - - - - 15

Bibliografía - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 16

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I. INTRODUCCIÓN

Se le denomina partícula a un cuerpo dotado de masa, y del que se hace abstracción del tamaño y de la forma.

Una partícula subatómica es una partícula mas pequeña que un átomo, puede ser elemental o compuesta.

A principios del siglo XX, se realizó el descubrimiento de unas partículas subatómicas llamadas protón, electrón y neutrón, estas están contenidas en el átomo.

Tal vez uno pueda preguntarse si estas partículas tan pequeñas pueden tener estructura; es interesarse darse cuenta de que si tienen estructura.Para poder definir una partícula subatómica es necesario conocer las características de estas, las cuales describiremos a continuación.

Carga: La carga es una magnitud escalar (Solo se puede determinar su cantidad).Spin: Movimiento de rotación sobre un eje imaginario.Los científicos han desarrollado una teoría llamada El modelo Estándar que explica las diferentes moléculas y sus complejas interacciones con solo:

6 Quarks

6 Leptones

Las partículas subatómicas de las cuales se sabe su existencia son:

Bosón Positrón Electrón Protón Fermión Neutrino Hadrón Neutrón Leptón Quark Mesón

Las partículas están formadas por componentes atómicos como los electrones, protones y neutrones, (los protones y los neutrones son partículas compuestas), estas están formadas de quarks. Los Quarks

se mantienen unidos por las partículas gluon que provocan una interacción en los quarks y son indirectamente responsables por mantener los protones y neutrones juntos en el núcleo atómico.

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PRÁCTICA N° 2

Indagación sobre Leptones y Quarks

I. OBJETIVOS.

Se busca ampliar nuestro conocimiento y profundizarlo a través de la base que nosotros podamos obtener en la información.

Analizar punto por punto sobre las referencias, características, propiedades de cada objeto a estudiar (Leptones y Quarks)

II. FUNDAMENTO TEÓRICO.

a) Quarks

El nombre genérico con que se designan los constituyentes de los hadrones. La teoría sobre los quarks se inicio a partir de los trabajos de Murray Gell-Mann y Zweig (1966) y su existencia fue confirmada en 1977 (Por Fairbank y otros).

La física dedicada al estudio de la naturaleza fundamental de la materia ha formulado un modelo estándar, capaz de explicar una serie de hechos e incapaz de dar respuesta a otros. Este modelo se basa en la actualidad en la hipótesis de que la materia ordinaria esta formada por dos clases de partículas, los quarks (que se combinan para formar partículas mayores) y los leptones, además de que las fuerzas que actúan entre ellas se transmiten mediante una tercera clase de partículas llamadas bosones, que ya explicamos anteriormente.

Los quarks, junto con los leptones, son los constituyentes fundamentales de la materia y las partículas más pequeñas que el hombre ha logrado identificar. Varias especies de quarks se combinan de manera específica para formar partículas tales como protones y neutrones.

Los quarks son las únicas partículas fundamentales que interactúan con las cuatro fuerzas fundamentales. Son partículas de espín 1/2, por lo que son fermiones. Forman, junto a los leptones, la materia visible.

Hay seis tipos distintos de quarks:

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up (arriba) down (abajo) charm (encantado) strange (extraño) top (cima) y bottom ( fondo ) .

Fueron nombrados arbitrariamente basados en la necesidad de nombrarlos de una manera fácil de recordar y usar, además de los correspondientes antiquarks.

Las variedades extraña, encanto, fondo y cima son muy inestables y se desintegraron en una fracción de segundo después del Big Bang, pero los físicos de partículas pueden recrearlos y estudiarlos. Las variedades arriba y abajo sí que se mantienen, y se distinguen entre otras cosas por su carga eléctrica.

La carga eléctrica de los quarks es fraccionaria de la unidad fundamental de carga; así por ejemplo, el quark up tiene una carga fraccionaria igual a 2/3 de la unidad elemental.

Los quarks no se encuentran libres en la naturaleza sino formando hadrones, estos se dividen en dos tipos:

Mesones: Formados por un quark y un antiquark

Bariones: Formados por tres quarks

Además de las cargas ya mencionadas, los quarks tienen otra carga de color, que no tiene nada que ver

con el color real de estas partículas, y que mantiene unidos a los quarks mediante la interacción fuerte, además de ser la responsable de la formación

6de estos hadrones. Esta interacción esta descrita por la cromo dinámica cuántica (QCD). Existen tres tipos de carga de color: roja, azul y verde. Los antiquarks presentan además cargas opuestas, antirroja, antiazul, y antiverde. Los quarks están unidos entre si mediante el intercambio de partículas virtuales mediadoras de la interacción fuerte: los gluones. Junto a los leptones, los quarks forman prácticamente toda la materia de la que estamos rodeados. El termino quark, fue propuesto por Murria Gell-Mann, sacado de una novela de James Joyce, Finegan’s wake, del verso Three Quarks for Mr. Mark.

Three quarks for Muster Mark!  

Sure he has not got much of a bark

And sure any he has it's all beside the mark.

Del libro Finnegans Wake de James Joyce

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.

La frase tres quarks (three quarks en inglés) encajaba particularmente bien (como se menciona en la cita) ya que en ese tiempo sólo había tres quarks conocidos y entonces los quarks estaban en grupos de tres en los bariones.

En el libro de Joyce, se da a las aves marinas tres quarks, quark toma un significado como el grito de las gaviotas (probablemente onomatopeya como quack para los patos). La palabra es también un juego de palabras en entre Munster y su capital provincial Cork.

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Propiedades

Los quarks no se encuentran libres en la naturaleza sino que se agrupan formando hadrones. Estos se dividen en dos tipos:

Mesones : formados por un quark y un antiquark (piones, kaones,...) Bariones : formados por tres quarks (protones, neutrones,...)

Como se mencionó antes existen 6 tipos de quarks, cada uno con su sabor, su carga, su isospín débil y su masa (entre las propiedades más importantes). Una lista de estas propiedades para cada quark sería:

Sabores de quarksSabor Número cuántico “Masa “(GeV)up o down - ! 0,31strange S = −1 ! 0,50charm C=+1 ! 1,6bottom B=−1 ! 4,6top T=+1 ! 180• Los bariones son estados ligados de tres quarks: 1 2 3 QQ Q• Los mesones son estados ligados quark-antiquark: 1 2 QQ• La conservación del número fermiónico implica la conservación del

número bariónico (bariones y antibariones se crean o se destruyen por parejas)

• Los quarks interaccionan fuertemente, además de ser sensibles a la integración electromagnética y a la débil.

• A los quarks s se les asigna un número cuántico interno (extrañeza) S=−1 y forman parte de las partículas extrañas descubiertas en los 50 (kaones, lambdas, sigmas, cascadas ...)

• El quark c se observó en 1974 formando el mesón ψ = cc• El quark b se observó en 1977 formando el mesón ϒ =bb• El quark t se observó en 1995

Masa

Aunque si bien se habla de la masa de los quarks en el mismo sentido que la masa de cualquier otra partícula, la noción de masa para un quark es complicada por el hecho que los quarks no pueden encontrarse solos en la naturaleza. Como

resultado, la noción de la masa de un quark es una construcción teórica que tiene sentido sólo cuando se especifica exactamente que se usará para definirla.

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La simetría quiral aproximada de la cromodinámica cuántica, por ejemplo, permite definir el radio entre varias masas de quarks a través de combinaciones de las masas de los octetos pseudoescalares de los mesones en el modelo de quarks por la teoría de perturbación quiral, tenemos:

El hecho de que el quark arriba tenga masa es importante porque había un problema con la violación CP si éstos no tenían masa. Los valores absolutos de las masas son determinados por las reglas de suma de funciones espectrales (o también las reglas de suma de la cromodinámica cuántica)

b) Leptones

Etimología

La palabra "leptón" (del griego leptos) fue usada por primera vez por el físico Léon Rosenfeld en 1948:

Siguiendo la sugerencia del Prof. C. Møller, Yo adopté - como una derivación de "nucleón" - la denominación "leptón" (de λεπτός, pequeño, delgado, delicado) para denotar una partícula de pequeña masa.[2]

El nombre se origina de antes del descubrimiento en 1970 del pesado leptón tau, que es casi el doble de la masa de un protón.

Un leptón es una partícula con espín -1/2 (un fermión) que no experimenta interacción fuerte (esto es, la fuerza nuclear fuerte). Los leptones forman parte de una familia de partículas elementales conocida como la familia de los fermiones, al igual que los quarks.

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Propiedades de los leptones

Hay tres conocidos sabores de leptones: el electrón, el muón y el leptón tau. Cada sabor está representado por un par de partículas llamadas doblete débil. Uno es una partícula cargada masiva que lleva el mismo nombre que su sabor (como el electrón). La otra es una partícula neutra casi sin masa llamada neutrino (como el electrón-neutrino). Todas las seis partículas tienen su correspondiente antipartícula (como el positrón o el electrón-antineutrino). Todos los leptones cargados conocidos tienen una sencilla unidad de carga eléctrica (que depende de si son partículas o antipartículas) y todos los neutrinos y antineutrinos tienen carga eléctrica cero. Los leptones cargados tienen dos estados espín posibles, mientras una sola helicidad es observada por los neutrinos (todos los neutrinos son zurdos y todos los antineutrinos son diestros.

Las masas de los leptones también obedecen a una relación simple, conocida como la fórmula de Koide, pero actualmente ésta relación no puede ser explicada.

Cuando interactúan partículas generalmente el número de leptones del mismo tipo (electrones y electrón-neutrino, muones y muón-neutrino, leptón tau y neutrino tau) mantienen lo mismo. Este principio es conocido como la conservación del número leptónico. La conservación

del número de leptones de diferente sabor (p.e. número electrónico o número muónico) algunas veces puede ser violada (como en la oscilación de neutrinos). Una ley de conservación más fuerte es el número total de

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leptones de todos los sabores que es violada por una pequeña cantidad en el modelo estándar por las llamadas anomalías quirales.

Los acoples de los leptones a los bosones de gauge son independientes del sabor. Esta propiedad es llamada universalidad leptónica y ha sido probada en medidas de la vida media de tauones y muones, y en decaimientos parciales de bosones Z, particularmente en los experimentos de SLC y LEP.

Tabla de leptones

Carga del leptón / antipartícula Neutrino / antineutrino

Nombre

SímboloCarga eléctrica (e)

Masa(MeV/c2)

NombreSímbolo

Carga eléctrica (e)

Masa (MeV/c2)

Electrón / Positrón

−1 / +1 0.511 0 < 0.0000022[1]

Muón −1 / +1 105.7

Muón neutrino / Muón antineutrin

0 < 0.17[1]

Leptón tau

−1 / +1 1777

Tau neutrino / Tau antineutrino

0 < 15.5[1]

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Se nota que las masas de los neutrinos son conocidas, diferentes de cero, por la oscilación de neutrinos, pero sus masas son lo suficientemente ligeras que no se podían directamente medir hasta el 2007. Sin embargo tienen una medida (indirectamente basada en los periodos de oscilación) la diferencia del cuadrado de

las masas entre los neutrinos que tienen que ser estimadas y

. Esto lleva a las siguientes conclusiones:

νμ y ντ son mas ligeros que 2.2 eV (es como νe y las diferencias de masas entre los neutrinos son del orden de los milielectronvoltios).

Uno (o muchos) de los neutrinos son mas pesados que 0.040 eV. Dos (o tres) de los neutrinos son mas pesados que 0.008 eV

Clasificación de las partículas: fermiones y bosones• Fermiones: partículas de espín semientero; obedecen la estadística de Fermi-Dirac• Bosones: partículas de espín entero; obedecen la estadísitica de Bose –Einstein• Teorema del espín-estadística: La función de onda de un sistema de dos partículas idénticas es antisimétrica bajo su intercambio, si son fermiones, y simétrica si son bosones.• Ejemplo: desintegración del mesón neutroρ 0: ρ0→π0π0! La partícula ρ 0 tiene espín J=1! Los dos piones son dos bosones idénticos Ψsimétrica! la función de espín es simétrica ( s(π 0)=0) ! la función espacial debe ser simétrica ⇒ J=par! sí que es posible ρ 0 →π+π− (no son bosones idénticos)• Supersimetría: Una extensión del Modelo Estándar predice lasimetría fermión-bosón (un bosón por cada fermión y viceversa)en la escala de energías de ≈1TeVCurso 2001-2002Física Nuclear y de Partículas Quarks y leptones 4

Partículas y antipartículas• Dirac predijo en 1931 la existencia de las antipartículas, como objetos de igual masa y vida media que sus correspondientes partículas, pero con carga eléctrica y momento magnético opuesto.• En 1932 Anderson descubría el positrón con una cámara de niebla expuesta a los rayos cósmicos. El antiprotón fue descubierto en 1956 en experimentos con aceleradores.• La existencia de antipartículas es una propiedad tanto de fermiones como de bosones.

12• Fermiones y antifermiones pueden crearse o destruirse a pares únicamente (ley de conservación del número fermiónico)γ →e+e− e+e− →γγ (γ )• No existe ley de conservación para los bosones• El operador cuántico que conecta un estado de partícula con su antipartícula es la conjugación de carga C.

IV. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

4.1. UNA EXPLICACION PREONICA COHERENTE 13

Duración de las etapas primordiales de transición del cosmos

La hipótesis preóníca señala que: a+c es igual a: b+d. La premateria iguala a la antipremateria. Las transiciones de la pre y antipremateria hacia nucleones y leptones de materia se profundizan en capítulos venideras, pero ya se esquematizan burdamente en las ecuaciones estequiométricas previas. La primera es la transición desde la etapa preóníca a la etapa de los "quark-leptones". La última lo es desde dichos "quark-leptones" hasta los nucleones. Se señala arbitrariamente que

y(0+) = z(0+) = 1

El número real de cuantones del cosmos, bastante discutido, no es 1, ya que una estrella típica como el sol tiene quizás 1057 nucleones o sea 1058 preones, y habría un mol (1023 de estrellas en el cosmos (calculando, por ejemplo, un total de 1011 estrellas por galaxia y un total de 1012 galaxias en el universo). Sumando los exponentes 23 + 58 = 81 habría 1081

cuantones en el cosmos.

Es interesante la concepción de una duración extraordinariamente pequeña de estas dos transiciones, medidas en tiempos de Planck, parágrafo 1.5. Esta afirmación se basa en hechos experimentales.

Considérese la formación de los cuantones J/fí, parágrafo 2.26. Al nacer un cuantón J/fí, a partir del campo energizado, no aparece evidencia alguna para la aparición intermedia del quark c libre y el antiquark craya también libre. El par quark c-antiquark craya nace lígado: es la úníca interpretación posible de los registros del experimento (pese a que hubiese sido muy novedoso poder publicar lo contrario).

En lenguaje preónico, 6 preones nacen ligados (¿aptos para formar un anillo?). En lenguaje de quarks, dos quarks nacen ligados. Extrapolando esto al Big-Bang, parece que

los preones o los quarks no existen (en forma independiente) más que como abstracción teórica o durante intervalos reducidísimos en su estructura de preones libres o quarks libres. Lo que se podría interpretar como que los cuantones surgidos de la "caja negra" del Big-Bang son cuantones ligados.

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V. DISCUSIONES

1. Lo que se puede extraer es que de acuerdo al procedimiento experimental se dice que existe un numero determinado de cuantones, sin embargo no se sabe exactamente a ciencia cierta cual es el número real.

2.- Se discute mucho diciendo que los que quarks y leptones no existe de forma independiente, entonces se puede afirmar que a raíz del Big Bang todo los cuantones de la galaxia se formaron.

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VI. CONCLUSIONES.

1.- Se puede concluir afirmando que los leptones y quarks van de la mano en la ciencia, se encuentran interconectados.

2.- No existiría un leptón sino hubiese un quark [lo que asegura que los 2 son recíprocos]

3.- Los leptones y quarks son las nuevas unidades del sistema y van a ser determinantes para la ciencia.

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VII. BIBLIOGRAFIA

1. ABNER, SHIMONY.  1989.Conceptual foundations of quantum

mechanics. En: Paul Davis (ed.) The New Physics, pp. 373-395. Cambridge

Universtiy Press Cambridge, Cambridge, United Kingdom.

[En línea]: http://guillegg.wordpress.com/2008/04/13/el-modelo-de-las-

particulas-y-las-interacciones-prefacio/#_La_proposici%C3%B3n_Quark

2. CASHING, JAMES 1998. Philosophical Concepts in Physics, Cambridge

University Press, Cambridge, United Kingdom, 424 pp. [En línea]:

http://es.wikipedia.org/wiki/Lept%C3%B3n

3. FEYMAN, RICHARD 1985. QED, the strange theory of light and matter.

Pricenton Univesity Press. New Jersey USA, 152 pp. [En línea]:

http://www.pucp.edu.pe/content/pagina42.php?

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4. DESLOGE, EDWARD 1966. Statistical Physics. Holt, Rinehart an Wiston,

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http://es.wikipedia.org/wiki/Modelo_est%C3%A1ndar_de_f

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5. JACKSON, JOHN. 1962. Classical Electrodynamics. John Wiley and Sons.

New York, USA, 848 pp. [En línea]: http://es.wikipedia.org/wiki/Quark