Aporte de Irene Alvarado Bonilla
Existen cuatro interacciones básicas:
ü Nuclear fuerte
ü Electromagnética
ü Nuclear débil
ü Gravitatoria
En la interacción nuclear fuerte participan unas partículas llamadas hadrones, estas están constituidas por partículas fundamentales llamadas quarks.
Las partículas participantes de la interacción débil se denominan leptones, la única interacción que actúa sobre ellos es la gravitacional.
Los leptones y los quarks constituyen las partículas elementales del universo, las partículas elementales se identifican por que no tienen estructura interna
Leptón
“El nombre proviene del griego "leptos" que significa pequeño” (Barranco, 2005).
Existen seis leptones:
1) Electrón
2) Neutrino electrónico
3) Muón
4) Neutrino muónico
5) Tau
6) Neutrino tau
Cada uno de ellos posee un espín ½.
A cada leptón se le asigna un número o carga leptónico de valor 1, al igual que a su respectivo neutrino. En el caso de las antipartículas, se les asigna un número leptónico igual a -1, a las partículas que no son leptones se les asigna un número leptónico igual a cero.
Para que el decaimiento de una partícula en otras sea posible, esta debe cumplir con la conservación del número leptónico.
Ejemplos:
muón ---> electrón + fotón
“(léase: "un muón decae en un electrón y un fotón"). Entonces, el neutrino del electrón y el electrón tienen el mismo número leptónico L (electrón)=+1 , el muón y su correspondiente neutrino L(muón)=+1, etc. Para distinguirlos de sus antipartículas, las antipartículas tienen un valor de L= -1 en los respectivos números leptónicos. Entonces, en la reacción anterior debe conservarse el número o carga leptónica: del lado izquierdo de la reacción hay L(muón)=+1 y L(electrón)=0, y del lado derecho, L(electrón)=+1 y L(muón)=0. Así que dicha reacción no conserva los números léptonicos y, por lo tanto, no ocurre. De forma similar, el decaimiento beta está descrito por la reacción
neutrón ----> protón + electrón + antineutrino electrónico
Tanto el neutrón como el protón no tienen carga leptónica (L = 0). Así que del lado izquierdo de la reacción, L(neutrón) = 0, y del lado derecho tenemos que el electrón tiene L(electrón) = +1, y que el antineutrino del electrón tiene L(electrón) = -1, y además L(protón) = 0, así que la suma total del lado derecho de la reacción es L = 0, o sea, el número leptónico es igual en ambos lados de la reacción y por lo tanto la misma es posible.” (Barranco, 2005)
Descripción/ Caracterización
1) Electrón (e-)
· Carga eléctrica -1
· Masa: 0,51 MeV/c2
· Estable, vida media mayor a 1021 años.
2) Muón (μ-)
· Carga eléctrica -1
· Masa: 106 MeV/c2
· Inestable, vida media 2 x10 -6 s.
· Provienen de la radiación cósmica, esta radiación está formada por protones de muchísima energía, cuando chocan con los núcleos de los átomos de la atmósfera provocan lluvias de partículas, como los piones, estos se descomponen en muones y neutrinos.
· Forman parte de la radiación ionizante de fondo.
3) Tau (τ)
· Carga eléctrica -1
· Masa: 1800 MeV/c2
· Inestable, vida media de 3x10−13 s, “el tiempo que tarda la luz en atravesar el espesor de una hoja de árbol” (Esas maravillosas partículas, 2007)
4) Neutrino electrónico (ve), muónico (vμ) y tau (vτ)
· Carecen de masa ( en realidad es casi nula)
· Estables, vida media larga
· Se producen a partir de decaimientos e interacciones entre partículas.
· Son “fantasmas que atraviesan la materia” (Barranco, 2005)
Tabla 1. Características de los leptones
CARACTERÍSTICAS DE LOS LEPTONES
| |||||
NOMBRE
|
SÍMBOLO
|
MASA
|
CARGA
|
SPIN
|
ANTIPARTÍCULA
|
Electrón
|
e-
|
0'51
|
-1
|
1/2
|
e+
|
Muón
|
m-
|
106
|
-1
|
1/2
|
m+
|
Tauón
|
t-
|
1800
|
-1
|
1/2
|
t+
|
Neutrino electrónico
|
ne
|
0
|
0
|
1/2
| |
Neutrino muónico
|
nm
|
0
|
0
|
1/2
| |
Neutrino tauónico
|
nt
|
0
|
0
|
1/2
| |
Reseña histórica del descubrimiento de los leptones
* Electrón: Thomson, 1897
Realizó experiencias en tubos de descarga que contenían un gas a presión. El tubo tenía un polo positivo y un polo negativo, al hacer pasar corriente eléctrica a un alto voltaje, observó que se emitían unos rayos, a los que llamó rayos catódicos. A estudiar las partículas de estos rayos, observó que eran las mismas siempre, sin importar de qué gas se tratara, de este modo dedujo que existen unas partículas negativas en la materia y les dio el nombre de electrón.
* Muón: Carl Anderson, 1936
Anderson obtuvo el Premio Nobel en 1936 por el descubrimiento del positrón, en ese mismo año estudió los rayos cósmicos y catalogó las partículas detectadas. Observó una partícula de carga negativa pero de mayor masa que el electrón, pensó que se trataba del pión, una partícula propuesta teóricamente por Hideki Yukawa, pero las propiedades no coincidían con las del pión. A la partícula se le dieron varios nombres inicialmente, debido a su masa intermedia entre el electrón y el protón se le llamó mesotrón, pero más adelante se descubrieron más partículas con esta propiedad y se les llamo mesones. Por ser la partícula descubierta por Anderson la primera, se le llamó entonces mesón μ, pero este nombre se dejó de utilizar debido que la partícula era muy distinta de las otras, y además, se trataba de una partícula elemental, por lo que terminó llamándose muón.
* Tau: Martin Lewis Perls, entre 1974 y 1979
Realizando unos experimentos, él y su equipo, observaron que en las reacciones de desintegración, entre dos electrones a gran energía hacía falta algo, pero desaparecía muy rápido, desintegrándose en otras partículas.
“Las características de la partícula podían deducirse de las que la producía y las partículas en las que “la intrusa” se desintegraba, de modo que relativamente pronto se supo que debía tratarse necesariamente e una partícula masiva de carga -1” (Esas maravillosas partículas, 2007).
Años más tarde se confirma la presencia de la partícula y se le da el nombre de tau, por la letra griega. Perl recibió el premio nobel de física en 1995 por este descubrimiento.
* Neutrinos
- Electrón: Pauli propuso su existencia en 1930 pero fue hasta 1955 que Clyde Cowan y Frederick Reines comprobaron su existencia, ellos “montaron un experimento para observar neutrinos generados por el reactor nuclear de Savannah River en Estados Unidos. A pesar del inmenso flujo de neutrinos disponible (10.000.000.000.000 neutrinos por centímetro cuadrado por segundo) y de las grandes proporciones de su detector (un tanque de 200 litros de agua tratada con pocas trazas de cadmio) Reines y Cowan solo llegaron a detectar 3 eventos por hora incluyendo ruido en sus detectores producido por rayos cósmicos. La técnica que usaron consistió en detectar los productos de la reacción inversa al decaimiento beta (ver Fig. 2). En esta reacción un neutrino le pega a un protón del blanco convirtiéndolo en un neutrón y emitiendo un positrón (la antipartícula del electrón). El positrón se aniquila rápidamente con un electrón en el medio resultando en dos partículas gama. Microsegundos más tarde el neutrón es absorbido por uno de los núcleos de cadmio emitiendo más partículas gama. La detección en coincidencia de dos partículas gama de igual energía seguido por un pequeño pulso de partículas gama es la señal que identifica la presencia del neutrino.” (Torres, 1999)
- Muón: se descubrió en 1962, los responsables fueron Leon Lederman, Melvin Schwartz y Jack Steinberger.
- Tau: su descubrimiento se dio en 2000, cuando un equipo de científicos del Fermilab, uno de los laboratorios de partículas más importantes del mundo, comprobó su existencia.
Más sobre los leptones: documentación reciente
A continuación se presentan direcciones electrónicas donde se encuentran las noticias más recientes en relación al tema.
Glosario
Ø Antipartícula: Partícula elemental de propiedades opuestas a las que caracterizan los átomos de los elementos químicos. A toda partícula elemental se le puede asociar otra: su antipartícula. Tienen la misma masa, pero los números cuánticos, que sirven para caracterizar a las partículas, son opuestos. Cuando se produce una interacción partícula-antipartícula ambas masas se aniquilan, desprendiéndose una energía equivalente en forma de ondas electromagnéticas (fotones). (The free dictionary)
Ø Decaimiento: “proceso por el cual la energía de una partícula aislada se transforma en un cierto número de partículas con menor energía. Un decaimiento también puede ocurrir cuando una partícula pasa a un nivel de energía menor, como cuando un átomo se desexcita emitiendo un fotón al pasar un electrón a un nivel de menor energía”. (Romero)
Ø Espín: Momento angular intrínseco de una partícula elemental o de un núcleo atómico. Cada partícula posee un determinado valor de espín, el cual está cuantificado y es igual a un múltiplo entero o semientero de espín donde h es la constante de Planck. (The free dictionary)
Ø Número leptónico: “propiedad intrínseca de los leptones” (Romero)
Ø Pión: partículas compuestas por quarks.
Bibliografía
Barranco, J. (19 de abril de 2005). Ligeros, débiles pero importantes: los leptones. Recuperado el 29 de octubre de 2011, de http://gae.fis.cinvestav.mx/leptones.html
Casaus, J., Rodríguez, J., & Sánchez, E. (enero de 2005). Cromodinámica Cuántica: el color de los quarks. Recuperado el 25 de octubre de 2011, de http://suf.fisica.edu.uy/feiasofi2005/cromodinamica.pdf
El electrón. (s.f.). Recuperado el 29 de octubre de 2011, de http://newton.cnice.mec.es/materiales_didacticos/el_atomo/electron.htm?2&1
Esas maravillosas partículas. (28 de junio de 2007). Recuperado el 29 de octubre de 2011, de http://eltamiz.com/2007/06/28/esas-maravillosas-particulas-el-tauon/
La física de partículas y las interacciones fundamentales. (s.f.). Recuperado el 29 de octubre de 2011, de http://www.juntadeandalucia.es/averroes/iesarroyo/fisica/particula.htm
Martin Perl y el leptón Tau. (s.f.). Recuperado el 28 de octubre de 2011, de http://www.osti.gov/accomplishments/perl.html
Romero, G. (s.f.). Introducción a la Astrofísica Relativista. Recuperado el 29 de octubre de 2011, de http://www.iar.unlp.edu.ar/garra/AR/apunte_v7.pdf
The free dictionary. (s.f.). Recuperado el 29 de octubre de 2011, de http://es.thefreedictionary.com
Tipler, P., & Mosca, G. (2010). Física para la ciencia y la tecnología. Barcelona: Raverté.
Torres, S. (1999). Neutrinos en el cosmos. Recuperado el 1 de noviembre de 2011, de http://astroverada.com/_/Main/B_neutrino.html
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