Tema 1: El átomo.

1. Tema 1: El átomo.

2. Índice Modelos atómicos. El Modelo Estándar. Fuerzas: Bosones Materia: Leptones y Quarks.

3. Índice Modelos atómicos. Modelo de Dalton. Modelo de Rutherford Modelo de Thomson. Modelo de Bohr. Modelo Estándar. El Modelo Estándar. Fuerzas: Bosones Materia: Leptones y Quarks.

4. Modelos atómicos Modelo de Dalton • La materia está formada por partículas muy pequeñas → ÁTOMOS, que son indivisibles y no se pueden destruir. • Los átomos de un mismo elemento son iguales entre sí.

5. Modelos atómicos En 1897 J.J. Thomson descubre el ELECTRÓN Modelo de Thomson • El átomo está compuesto por electrones de carga negativa en un átomo positivo (como un budín de pasas) Se pensaba que los electrones se distribuían uniformemente alrededor del átomo. • Los átomos de un mismo elemento son iguales entre sí.

6. Modelos atómicos En 1911 → Experimento de Rutherford → Descubrimiento del núcleo Modelo de Rutherford • El átomo está formado por dos partes: 1. La "corteza", constituida por todos sus electrones, girando a gran velocidad alrededor de 2. un "núcleo", muy pequeño, que concentra toda la carga eléctrica positiva y casi toda la masa del átomo.

7. Modelos atómicos En 1889 → Constante de Planck → Los fotones no tienen energía continua sino discreta: CUÁNTOS DE ENERGÍA Modelo de Bohr para el átomo de H • OBJETIVO: Explicar la estabilidad de la materia y los espectros de emisión y absorción discretos. • Los electrones giran en órbitas circulares alrededor del núcleo, ocupando la órbita de menor energía posible, (más cercana al núcleo) • Cada órbita puede identificarse mediante un número entero n: Número Cuántico Principal. • Estabilidad del átomo: fuerza electromagnética.

8. Modelos atómicos VISIÓN ACTUAL DEL ÁTOMO Modelo Estándar • Hablamos de: • probabilidad → Funciones de onda • Partículas elementales

9. Índice Modelos atómicos. El Modelo Estándar. Fuerzas: Bosones Materia: Leptones y Quarks.

10. El Modelo Estándar • Es uno de los mayores logros de la física de • partículas. • Describe todas las partículas y sus interacciones. • Incluye: • 6 quarks y sus antipartículas (en 3 colores). • 6 leptones y sus antipartículas. • 4 bosones o “intercambiadores” de fuerzas. Toda la materia conocida está formada por quarks y leptones que interaccionan intercambiando bosones. “Materia” “Fuerzas”

11. El Modelo Estándar ¿Qué es la antimateria? • Una antipartícula es igual a su partícula pero con la carga de signo opuesto. • Tienen algunos números cuánticos diferentes. • ¡¡ Antimateria • ≠ • Materia oscura !! Partículas de materia y antimateria Iguales y opuestas Partículas de materia Partículas de antimateria

12. El Modelo Estándar Leptones y Quarks: Materia Bosones: Fuerzas

13. Índice Modelos atómicos. El Modelo Estándar. Fuerzas: Bosones Fuerza Electromagnética. Fuerza Fuerte Fuerza Débil Fuerza Gravitatoria Materia: Leptones y Quarks.

14. Fuerzas: Bosones Protones y electrones separados por la fuerza electromagnética (distinta carga → se atraen) … pero ¿qué pasa con los protones en el núcleo? ¿por qué no se repelen? Cada fuerza tiene una partícula asociada con ella, un bosón, que le permite actuar a distancia.

15. Fuerzas: Bosones 1. Fuerza Electromagnética • Emitiendo o absorbiendo un fotón el electrón puede cambiar su posición y su energía en un átomo. • El fotón es un bosón de masa m=0 y carga q=0 • Existe un intercambio de partículas. • Ocurre entre partículas cargadas.

16. Fuerzas: Bosones 2. Fuerza Fuerte • Hace que protones (cargados positivamente) permanezcan unidos en el interior del núcleo. • Actúa entre quarks. • Los quarks tienen una “carga fuerte” llamada “carga de color”. Hay tres colores “rojo”, “azul” y “verde”. • La fuerza entre cargas de color es muy intensa. • Dos quarks interaccionan intercambiando gluones. • Los gluones también tienen carga de color.

17. Fuerzas: Bosones 3. Fuerza Débil • Implica interacciones entre quarks y leptones, como la desintegración beta. • La carga débil se denomina “sabor” y hay dos. • Hay tres portadores de fuerza: W+, W- y Z0. Tienen masa. Desintegración beta: 1. Un quark “d” del neutrón decae en un quark “u” emitiendo un bosón “W” 2. Finalmente, el bosón decae en leptones

18. Fuerzas: Bosones Unificación • El modelo estándar intenta unificar las cuatro fuerzas elementales. Eléctrica Magnética Débil Fuerte Electromagnética Electrodébil ? ¿Y la gravitatoria? … ¡No encaja!

19. Fuerzas: Bosones ¿Gravitón? 4. Fuerza Gravitatoria • La gravedad de Einstein no es válida a cortas distancias. • No se ha encontrado un equivalente cuántico. • Teóricamente, la interacción gravitatoria intercam-biaríaun bosón llamado gravitón, pero... • … el gravitón no ha sido descubierto. • Como la gravedad es muy poco intensa a cortas distancias, el Modelo Estándar funciona muy bien con electromagnetismo, interacción débil y fuerza fuerte.

20. Índice Modelos atómicos. El Modelo Estándar. Fuerzas: Bosones Materia: Leptones y Quarks. Quarks. Leptones.

21. Materia: Leptones y Quarks 1. Quarks • Existen tres familias de quarks: (u,d), (c,s) y (t,b) • Tienen carga eléctrica, sabor y color. • Sienten todas las interacciones fundamentales: electromagnética, débil, fuerte ( y gravitatoria). • No existen de forma libre, sino en combinaciones sin color: • Up y Down: materia normal. • protones (uud) y neutrones (udd) • Charm, Strange, Top y Bottom: • rayos cósmicos o aceleradores.

22. Materia: Leptones y Quarks 2. Leptones • Tienen carga eléctrica (o no), y tienen sabor, pero no color. • Sienten todas las interacciones fundamentales salvo la fuerte: electromagnética, débil ( y gravitatoria) • Los electrones “e-” y neutrinos electrónicos “νe” son los constituyentes de la materia “normal”. • Los demás (muones, tauones, y antineutrinos muónicos y tauónicos) se producen en colisiones en rayos cósmicos o en aceleradores.

23. Y … ¿qué falta? EL BOSÓN DE HIGGS • El bosón de Higgs es la partícula que explica el por qué de la masa: • ¿Por qué las partículas tienen la masa que tienen? • ¿Por qué las partículas iguales tienen masas iguales? • No se ha detectado experimentalmente… ¡pero falta poco!