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Cromodinámica cuántica (CDC o QCD) Teoría física de la interacción fuerte entre partículas elementales (Semana de la Cienc...
Esquema <ul><li>Hacia la  Cromodinámica  Cuántica (CDC) </li></ul><ul><li>El núcleo atómico y sus componentes </li></ul><u...
Introducción <ul><li>Hacia 1860 los físicos (Faraday,  Maxwell ) desarrollaron la teoría que describe la  interacción elec...
Conocimientos previos <ul><li>Cuerpos (sólidos, líquidos o gases)    moléculas    átomos (10 -10  m)    partículas:  pr...
Preguntas previas <ul><li>¿Las partículas anteriores (p +  n 0  e - , junto con el fotón  γ ) son las únicas existentes? ¿...
La interacción electromagnética <ul><li>La teoría física que la explica se llama electrodinámica cuántica (EDC o QED). </l...
El núcleo atómico <ul><li>Tamaño: diezmilésima parte del átomo ( ≃ 10 -14  m). </li></ul><ul><li>Masa: prácticamente toda ...
Los nucleones (y otros hadrones) <ul><li>Los experimentos demuestran que: </li></ul><ul><ul><li>Son de tamaño muy pequeño,...
Estructura de los hadrones <ul><li>Los  bariones : constan de  tres  quarks </li></ul><ul><ul><li>p + =uud n 0 =udd  ( Σ +...
Fundamentos del color <ul><li>Tres colores básicos. Su tri-mezcla da blanco. </li></ul><ul><li>Dos posibles elecciones:  <...
Quarks coloreados <ul><li>El color de cada quark puede cambiar con el tiempo. </li></ul><ul><li>Los 3 quarks de un nucleón...
Antiquarks coloreados <ul><li>Cada antiquark posee un color A, C o M (carga de  anticolor ). </li></ul><ul><li>El color de...
Gluones (incoloros y coloreados) <ul><li>Los  cuantos  del campo de color se llaman  gluones  (del inglés “to glue”: pegar...
Hadrones: partículas incoloras <ul><li>Los nucleones (y en general todos los hadrones) pasan a ser agregados de tres quark...
Conclusiones físicas 1 <ul><li>Constituyentes básicos: partículas -y antipartículas- fundamentales (1ª generación). Todas ...
Conclusiones físicas 2 <ul><li>Se conocen 4 fuerzas o  interacciones fundamentales . Se describen como un intercambio de  ...
Conclusiones físicas 3   Esquema común de las 4 interacciones (diagramas de  Feynman )
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  1. 1. Cromodinámica cuántica (CDC o QCD) Teoría física de la interacción fuerte entre partículas elementales (Semana de la Ciencia. IES de Cangas del Narcea) Julio Valbuena Herrero Jvh-CDC.
  2. 2. Esquema <ul><li>Hacia la Cromodinámica Cuántica (CDC) </li></ul><ul><li>El núcleo atómico y sus componentes </li></ul><ul><li>La Cromodinámica Cuántica (CDC) </li></ul><ul><li>Conclusiones </li></ul>
  3. 3. Introducción <ul><li>Hacia 1860 los físicos (Faraday, Maxwell ) desarrollaron la teoría que describe la interacción electromagnética . Desde entonces y hasta hoy sus aplicaciones prácticas no han dejado de facilitarnos la vida y el progreso: electricidad, radio-tv, electrónica, informática, aparatos médicos, gps, internet, electrodomésticos... </li></ul><ul><li>En el decenio de 1960 surgió la teoría física que describe la interacción fuerte (cromodinámica). Los progresos que nos pueda acarrear, aunque no los podamos imaginar, serán visibles, seguro, en el futuro. </li></ul><ul><li>Sin ir más lejos, ¿quién no está interesado o preocupado por las fuentes de energía? La energía que emana de las estrellas está gobernada por esta interacción. ¿Podremos imitarlas? ¿No nos deparará en el futuro una nueva micro-nanotecnología? </li></ul>
  4. 4. Conocimientos previos <ul><li>Cuerpos (sólidos, líquidos o gases)  moléculas  átomos (10 -10 m)  partículas: protones (p + ), neutrones (n 0 ) y electrones (e - ). </li></ul><ul><li>Fuerzas o interacciones de la naturaleza: gravedad, electromagnetismo (¿fuerza química? ¿fuerza mecánica?) </li></ul><ul><li>Las interacciones conocidas poseen un alcance ilimitado. </li></ul><ul><li>La masa y la energía son intercambiables según la fórmula de Einstein: </li></ul>
  5. 5. Preguntas previas <ul><li>¿Las partículas anteriores (p + n 0 e - , junto con el fotón γ ) son las únicas existentes? ¿Alguien conoce alguna más? </li></ul><ul><li>¿Son realmente “fundamentales” (en el sentido de “indivisibles y constituyentes últimos” del universo)? ¿Hay otras “fuerzas” básicas en la naturaleza? </li></ul><ul><li>¿Qué alcance e intensidad tienen las interacciones básicas? ¿Cómo se transmiten o propagan? </li></ul><ul><li>¿Podría encontrarse una explicación física de estas interacciones  teoría física? </li></ul><ul><li>Iniciemos un “viaje” al mundo subatómico. Pero analicemos primero la interacción mejor conocida: el electro-magnetismo </li></ul>
  6. 6. La interacción electromagnética <ul><li>La teoría física que la explica se llama electrodinámica cuántica (EDC o QED). </li></ul><ul><li>Afecta a las partículas cargadas (positiva o negativamente). </li></ul><ul><li>Se describe como un intercambio de fotones (cuantos del campo e-m) virtuales entre las partículas cargadas. </li></ul><ul><li>El fotón carece de masa en reposo; por ello el alcance del e-m es ilimitado. </li></ul><ul><li>El fotón transporta energía e impulso desde una partícula a otra. </li></ul><ul><li>El fotón es neutro; no tiene carga. </li></ul>Diagrama de Feynman básico
  7. 7. El núcleo atómico <ul><li>Tamaño: diezmilésima parte del átomo ( ≃ 10 -14 m). </li></ul><ul><li>Masa: prácticamente toda la del átomo. </li></ul><ul><li>Compuesto de nucleones: protones (carga +) y neutrones (carga nula)  cargado positivamente. </li></ul><ul><li>¿Qué contrarresta la fuerte repulsión eléctrica entre protones?  una nueva fuerza: interacción fuerte . </li></ul><ul><li>Esta nueva fuerza: </li></ul><ul><ul><li>Es más intensa que la electromagnética. </li></ul></ul><ul><ul><li>Liga o pega los nucleones: p ⇔p, p ⇔n, n⇔n (no distingue entre ellos). </li></ul></ul><ul><ul><li>No se aprecia a nuestra escala (corto alcance). </li></ul></ul><ul><ul><li>Es responsable de reacciones nucleares: fusión, fisión, origen de los elementos. </li></ul></ul>
  8. 8. Los nucleones (y otros hadrones) <ul><li>Los experimentos demuestran que: </li></ul><ul><ul><li>Son de tamaño muy pequeño, pero mucho mayores que los electrones . </li></ul></ul><ul><ul><li>Existen, además, muchísimas partículas (N>100) que experimentan la interacción fuerte (son de vida efímera y se observan a muy altas energías). </li></ul></ul><ul><ul><li>Tal cantidad de partículas diferentes hace pensar que están compuestas de otras más básicas . </li></ul></ul><ul><ul><li>No son elementales: poseen estructura interna  están compuestos de subpartículas llamadas quarks ( Gell-Mann 1964). </li></ul></ul><ul><ul><li>Se conocen seis tipos de quarks (con sus correspondientes antiquarks), agrupados en tres generaciones de parejas. Todos los nucleones están compuestos de los quarks de la primera generación . </li></ul></ul>
  9. 9. Estructura de los hadrones <ul><li>Los bariones : constan de tres quarks </li></ul><ul><ul><li>p + =uud n 0 =udd ( Σ + =uss Δ ++ =uuu) </li></ul></ul><ul><li>Los antibariones : constan de tres antiquarks </li></ul><ul><li>Los mesones : constan de una pareja quark-antiquark </li></ul><ul><li>¿Por qué se dan sólo estas combinaciones de quarks? Por la naturaleza “cromática” de la interacción fuerte. </li></ul>
  10. 10. Fundamentos del color <ul><li>Tres colores básicos. Su tri-mezcla da blanco. </li></ul><ul><li>Dos posibles elecciones: </li></ul><ul><ul><li>Rojo, verde, azul (RGB) </li></ul></ul><ul><ul><li>Amarillo, cián, magenta (YCM) </li></ul></ul><ul><li>Los colores enfrentados son opuestos. Su di-mezcla da blanco. </li></ul><ul><li>Elección por convenio del trío básico. </li></ul>
  11. 11. Quarks coloreados <ul><li>El color de cada quark puede cambiar con el tiempo. </li></ul><ul><li>Los 3 quarks de un nucleón dan blanco (nucleones sin carga de color). </li></ul><ul><li>Gluones  intercambios de color  interacción fuerte. </li></ul><ul><li>Cada quark posee un color R, G o B ( carga de color ). </li></ul>
  12. 12. Antiquarks coloreados <ul><li>Cada antiquark posee un color A, C o M (carga de anticolor ). </li></ul><ul><li>El color de cada antiquark también cambia. </li></ul><ul><li>Los 3 antiquarks de un antinucleón dan blanco. (antinucleones sin carga de color) </li></ul><ul><li>Gluones  intercambios de color  interacción fuerte. </li></ul>
  13. 13. Gluones (incoloros y coloreados) <ul><li>Los cuantos del campo de color se llaman gluones (del inglés “to glue”: pegar) </li></ul><ul><li>Existen ocho: dos incoloros (G 1 G 2 ) y seis coloreados (color + anticolor) </li></ul><ul><li>Los coloreados pueden interaccionar entre sí (poseen carga de color )  características de confinamiento y libertad asintótica </li></ul>
  14. 14. Hadrones: partículas incoloras <ul><li>Los nucleones (y en general todos los hadrones) pasan a ser agregados de tres quarks (bariones) o de quark-antiquark (mesones) de mezcla blanca ( incoloros ). Otras combinaciones no son posibles. </li></ul><ul><li>El intercambio constante de gluones proporciona la fuerza que liga a los quarks y antiquarks para formar las partículas. </li></ul><ul><li>Los cambios de color inducidos por el intercambio de gluones se realizan siempre de modo que globalmente se mantengan blancos. </li></ul>
  15. 15. Conclusiones físicas 1 <ul><li>Constituyentes básicos: partículas -y antipartículas- fundamentales (1ª generación). Todas comparten la doble naturaleza onda-corpúsculo </li></ul>
  16. 16. Conclusiones físicas 2 <ul><li>Se conocen 4 fuerzas o interacciones fundamentales . Se describen como un intercambio de mediadores virtuales que transmiten la fuerza (cuantos del campo que portan energía e impulso lineal) a una velocidad finita. </li></ul>Todas Gravitones Infinito 10 -39 Gravitatoria Quarks y leptones Bosones W + W - Z 0 Muy corto ≃ 10 -17 m 10 -5 Débil Partículas cargadas Fotones Infinito 10 -2 Electro-magnética Partículas coloreadas Gluones Corto ≃ 10 -15 m 1 Fuerte (CDC) Afecta a Mediador Alcance Intensidad Interacción
  17. 17. Conclusiones físicas 3 Esquema común de las 4 interacciones (diagramas de Feynman )

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