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INTRODUCCIÓN ASTRONOMÍA Y ASTROFÍSICA

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El Bin Bang

Los fermiones: quarks y leptones

 

Las partículas y las fuerzas
Los fermiones: quarks y leptones
Los bosones: portadores de fuerzas
Las teorías de gran unificación
La teoría del Todo
Las partículas virtuales

La era de Planck y la inflación
La era de Planck
La era inflacionaria
La homogeneidad del Universo
La planitud del Universo
La aparición de la materia y la bariogénesis

La evolución de la materia
El confinamiento de los quarks y la era hadrónica
El desacoplamiento de los neutrinos y la era leptónica
La nucleosíntesis primordial
La recombinación y la radiación fósil
Las fluctuaciones de densidad primordiales

Algunas curiosidades
La dualidad onda-partícula
La paradoja EPR y la no separabilidad
El ajuste de las constantes fundamentales
El gato de Schrödinger
Los universos paralelos

 

 

 

Universe_expansion_es

Según la teoría del Big Bang, el Universo se originó en una singularidad espaciotemporal de densidad infinita matemáticamente paradójica. El universo se ha expandido desde entonces, por lo que los objetos astrofísicos se han alejado unos respecto de los otros.

 

Los fermiones: quarks y leptones

Varios métodos independientes han mostrado que el Universo sólo existe desde hace 13,7 mil millones de años. En aquella época remota, sus propiedades eran muy diferentes. En efecto, como el Universo está en expansión, su densidad de materia y su densidad de energía están en baja constante, lo que se traduce en una disminución de la temperatura media. Así pues, cuanto más lejos se remonta en el tiempo, más grande era la densidad del Universo y más elevada su temperatura media.

En consecuencia, los primeros tiempos del Universo están caracterizados por temperaturas y energías extraordinarias, condiciones que para nosotros es imposible recrear sobre la Tierra. Nuestra única esperanza consiste entonces en tratar de extrapolar las leyes de la física que podemos observar en los aceleradores de partículas en estas condiciones extremas. Para comprender las fases primordiales del Universo, debemos, pues, comenzar con un pequeño rodeo rápido del lado de la física de las partículas.

Los quarks

Hasta la mitad del siglo pasado, la física de las partículas era relativamente simple. Las únicas partículas elementales conocidas eran el electrón, el protón, el neutrón y el neutrino. Pero el mejoramiento de los medios de detección han permitido poner en evidencia la existencia de un número increíble de partículas diferentes. Esto sugería la existencia de partículas aún más elementales cuyas diferentes combinaciones podían explicar este gran número.

Los progresos teóricos en los años sesenta condujeron a los físicos a la conclusión de que protones y neutrones eran, de hecho, sistemas complejos que poseían una estructura interna, y constituidos de partículas más elementales que llamaron quarks. Estos trabajos mostraron que debían existir seis tipos de quarks que fueron llamados: up (arriba), down (abajo), charm (encanto), strange (extraño), top (cima) y bottom (fondo).

Conjuntos de quarks: los hadrones

En condiciones ordinarias, los quarks no existen en estado aislado, se les encuentra sólo asociados en pequeños grupos llamados hadrones.

Tres quarks pueden agruparse para formar lo que se llama un barión, en particular los dos bariones que constituyen los núcleos de los átomos: el protón, formado de dos quarks up (arriba) y un quark down (abajo), y el neutrón, constituido de dos quarks down y un quark up.

El otro tipo de combinación posible es el mesón, formado de un quark y un antiquark. De modo general, los bariones y mesones son colectivamente designados bajo el nombre de hadrones.

Los leptones

Además de los quarks, se encuentra una segunda categoría de partículas elementales: los leptones. Los dos ejemplos más conocidos son el electrón y el neutrino. El electrón es una partícula de carga negativa que ayuda a los protones y neutrones a formar átomos. El neutrino es una partícula que interactúa muy poco con la materia ordinaria.

Los progresos experimentales y teóricos permitieron poner en evidencia otros cuatro tipos de leptones: dos versiones más masivas de electrón llamadas muón y tauón, así como otros dos tipos de neutrinos asociados. Estos cuatro leptones no intervienen en la materia ordinaria, sólo aparecen en procesos muy energéticos, por ejemplo, en los aceleradores de partículas.

 

Generaciones_delamateria

 

Las partículas elementales según el modelo estándar: seis tipos de quarks y seis tipos de leptones. Las doce partículas se asocian en tres generaciones, cuya primera incluye las partículas de la materia ordinaria: quarks up y down, electrón y neutrino. El diagrama indica también la masa, la carga eléctrica y el espín (una propiedad cuántica de las partículas introducida en los años veinte). Todas las partículas más arriba se reagrupan bajo el nombre genérico de fermiones. Crédito: Wikimedia Commons

Tras esta breve descripción, pasamos a lo que crea las interacciones entre las partículas: las fuerzas.

 

 

ASTRONOMÍA Y ASTROFÍSICA - ANTONIO HERAS - SON FERRER (CALVIÁ)

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