Presentación sobre la estructura atómica actualizada. Se inicia con la Teoría del Big Bang, sub-partículas atómicas, fuerzas naturales, átomos y moléculas.

1. PARTÍCULASPARTÍCULAS
ee
INTERACCIONESINTERACCIONES

2. Hipótesis:Hipótesis:
La materia está constituidaLa materia está constituida
por “partículas discretas”por “partículas discretas”
indivisibles, inmutables yindivisibles, inmutables y
eternaseternas que dependiendoque dependiendo
del número y disposicióndel número y disposición
relativa, pueden dar lugarrelativa, pueden dar lugar
a estructuras mayoresa estructuras mayores
Leucipo y Demócrito
Dalton

3. EE
LL
II
NN
II
CC
II
OO

4. 10 –6
sec 10 –4
sec 3 min 15 billones de años
Plasma
Quark-Gluón Nucleones Núcleos Átomos
Universo
Experimento
Big Bang
 A medida que se incursiona en el micromundo, cada vez más se percibeA medida que se incursiona en el micromundo, cada vez más se percibe
como fue el Universo en sus primeros momentos.como fue el Universo en sus primeros momentos.
 Hay un momento en que confluyen el micromundo y el macromundo .Hay un momento en que confluyen el micromundo y el macromundo .
Microcosmos yMicrocosmos y
macrocosmos…macrocosmos…
…mundos independientes relacionados…mundos independientes relacionados

5. MATERIAMATERIA
Macroscópico:
Biomoléculas,organelos,
células,tejidos,órganos,
sistemas
Representaciones:
Símbolos, fórmulas, ecuaciones, cálculos
Microscópica:
Quarks,electrones,protones,
núcleos,átomos,moléculas,
PUNTOS DE VISTAPUNTOS DE VISTA

6. DEL MICROMUNDO AL MACROMUNDODEL MICROMUNDO AL MACROMUNDO
La cinta métrica de la MateriaLa cinta métrica de la Materia

7. AcceleradoresAcceleradores MicroscopiosMicroscopios TelescopiosTelescopiosBinocularesBinoculares
DEL MICROMUNDO AL MACROMUNDODEL MICROMUNDO AL MACROMUNDO
La cinta métrica de la MateriaLa cinta métrica de la Materia

8. Todo lo que existe es materia
La materia es masa y energía

9. M A S AM A S A
Masa es la cantidad de materia que
posee un objeto (cuerpo material)
La masa de un objeto es una cantidad
invariable e independiente de la posición
del objeto.
Toda masa ocupa un volumen
A la relación masa /volumen se le conoce
como densidad

10. La masa de un objeto se puede medir y comparar con otras
masas en una balanza.
3/2 kT = mc2
>>>> T = (2/3 mc2
/k)
For a particle with mass of a proton,
temperature exceeds 1013
K !!!
Comparación de masa entre Marte y la Tierra

11. E N E R G Í AE N E R G Í A

12. El hombre no vaciló en abrir la materia….
penetrar en un mundo fascinante de partículas…
y liberar su energía latente

13.  Reveladores de partículas…Reveladores de partículas…
CONTADORES GEIGERCONTADORES GEIGER :: Lo invisible hace ruidoLo invisible hace ruido
Partículas arrancan electrones, electrones acelerados en cascada,Partículas arrancan electrones, electrones acelerados en cascada,
“ruido”.“ruido”.
CÁMARAS DE BURBUJASCÁMARAS DE BURBUJAS :: Rastros de lo invisibleRastros de lo invisible
Sustancia “inestable”, partículas cargadas que perturban, formaciónSustancia “inestable”, partículas cargadas que perturban, formación
de trazos macroscópicosde trazos macroscópicos
DETECTORES RADIOQUÍMICOS: Contando átomosDETECTORES RADIOQUÍMICOS: Contando átomos
Partícula modifica átomo, nuevos átomos formados son contados.
DETECTORES CERENKOV: Una piscina para lo invisible:DETECTORES CERENKOV: Una piscina para lo invisible:
partícula produce eléctrones veloces, electrones emiten luz
cerenkov, luz es registrada y rastreada
¿Cómo ver lo invisible?¿Cómo ver lo invisible?

14. OBSERVANDO LOOBSERVANDO LO
INVISIBLEINVISIBLE
(E(El LHC y sus detectores)l LHC y sus detectores)
Sin duda cambiará nuestra visión del Universo.

15. FERMI LABFERMI LAB

17. PARTÍCULAS SUBATÓMICASPARTÍCULAS SUBATÓMICAS

19. Un panorama general sobre las partículas que constituyen las
sustancias materiales presupone la existencia de dos tipos:
1. BOSONES
 De Unión o Pegantes cuantizados…
Portadoras de fuerza
 Virtuales… sólo existen en movimiento
 Dejan de existiren el reposo
 Partículas de espín entero (0, 1, 2...)
responsables de transmitirlas fuerzas
fundamentales de la naturaleza.
 No están obligadas a cumplirel
principio de exclusión de Pauli
Partículas FundamentalesPartículas Fundamentales
2. FERMIONES
 De consistencia o
Materiales
 Reales… existen tanto en
movimiento como en
reposo
 Partículas de espín
semientero (1/2, 3/2)
obligadas a cumplirel
principio de exclusión de Pauli

20. 1. BOSONES
1. Fotones (γ)
2. W-ones, Z-ones
(W± y Z0
)
3. Gluones (g)
4. Gravitones (?)
Partículas FundamentalesPartículas Fundamentales
2. FERMIONE
S
3. Electrón (e-)
4. Muón (µ-)
5. Tauón (τ-)
6. Neutrinos (v)
7. Quarks

22. BOSONESBOSONES
Fotón (γ)
Clasificación
Partícula elemental
Responsable de la
Fuerza Electromagnética
Propiedades
Masa: Nula
Carga eléctrica: Neutra
Carga de color: Neutra
Spin:
Vida media: Estable
Antipartícula: Ella misma
Interacciona con: − − − −
Fotones emitidos en un rayo coeherente
por un láser

23. BOSONESBOSONES
W-ones y Z-ones (W±
y Z0
)
Cambian el sabor de fermiones durante el
decaimiento o desintegración beta.
Clasificación
Partículas elementales
Responsables de la Interacción Nuclear Débil
Propiedades
Masa:
W±
: 80,425 (38) GeV/c2
Z0
: 91,1876 (21) GeV/c2
Carga eléctrica:
W±
: ±1 e
Z0
: Neutra
Carga de color: Neutra
Spin:
Vida media: ~10−25
s
Antipartícula:
W+
: Bosón W−
Z0
: Ella misma
Interacciona con: Gravedad y Electromagnetismo
Uno de los procesos más
importantes en los que
intervienen los bosones W es
la desintegración beta, en la
que un neutrón se 'convierte'
en un protón:
Uno de los procesos más
importantes en los que
intervienen los bosones W es
la desintegración beta, en la
que un neutrón se 'convierte'
en un protón:
Cambio de sabor: Cuando
un fermión se converte en
uno más ligero (se
desintegra o decae),

24. BOSONESBOSONES
Gluón (g)
Clasificación
Partícula elemental
Bosón de gauge
Responsable de la
Interacción Nuclear Fuerte
Propiedades
Masa: Nula
Carga eléctrica: Neutra
Carga de color: Color-anticolor
Spin:
Vida media: Estable
Antipartícula: Ella misma
Interacciona con: Interacción fuerte
Poseen carga de color y unen a los
quarks (fermiones) creando un
campo de color con estructura en
forma de cuerda con inmensa fuerza.
Si se intenta separar un par de quarks,
el campo de color tira de ellos con
mucha más fuerza; es como si los
quarks estuvieran unidos por un "
muelle gluónico" que intenta volver a
su longitud inicial.

25. BOSONESBOSONES
GravitónGravitón
 Se especula con la existenciaSe especula con la existencia una partícula transmisora de launa partícula transmisora de la
interacción gravitatoriainteracción gravitatoria en la mayoría de los modelos de gravedad cuántica.en la mayoría de los modelos de gravedad cuántica.
 De acuerdo con las propiedades del campo gravitatorio:De acuerdo con las propiedades del campo gravitatorio:
– espínespín par (2 en este caso), ya que está asociado a un campo clásicopar (2 en este caso), ya que está asociado a un campo clásico
tensorial de segundo orden.tensorial de segundo orden.
– masamasa las mediciones experimentales dan una cota superior del orden delas mediciones experimentales dan una cota superior del orden de
mmgg = 1.6X10= 1.6X10-66-66
g, aunque podría ser exactamente cero.g, aunque podría ser exactamente cero.

26. FUERZAS DE INTERACCIÓNFUERZAS DE INTERACCIÓN

27. El gluón genérico de arriba representa los ocho tipos
que unen entre sí a los quarks. Portadores de la fuerza
fuerte, los gluones unen también neutrones y protones
para formar núcleos atómicos.
Los bosones de vector intermedio aparecen en tres
tipos distintos. Todos ellos son transportadores de la
fuerza débil, que actúa sobre ciertos tipos de partículas
susceptibles de descomposición.
El hipotético gravitón. Se cree que son los causantes
del tirón de la gravedad entre todas las partículas
El hipotético gravitón. Se cree que son los causantes
del tirón de la gravedad entre todas las partículas
Los fotones comunican la fuerza electromagnética entre
fermiones cargados como los electrones, permitiéndoles
atraer o repeler, según sus respectivas cargas.
BOSONESBOSONES

28. Tipo Nombre Símbolo Carga
electromagnética
Carga débil
Carga
fuerte
(color)
Masa
Leptón
Electrón e-
-1 -1/2 0 0,511 MeV/c²
Muón µ- -1 -1/2 0 105,6 MeV/c²
Tauón τ- -1 -1/2 0 1,784 GeV/c²
Neutrino electrónico νe 0 +1/2 0 < 50 eV/c²
Neutrino muónico νµ 0 +1/2 0 < 0,5 MeV/c²
Neutrino tauónico ντ 0 +1/2 0 < 70 MeV/c²
Quark
Up (arriba) u +2/3 +1/2 R/G/B ~5 MeV/c²
charm (encanto) c +2/3 +1/2 R/G/B ~1.5 GeV/c²
Top (verdad) t +2/3 +1/2 R/G/B >30 GeV/c²
Down (abajo) d -1/3 -1/2 R/G/B ~10 MeV/c²
strange (extraño) s -1/3 -1/2 R/G/B ~100 MeV/c²
Bottom (belleza) b -1/3 -1/2 R/G/B ~4,7 GeV/c²
FERMIONESFERMIONES

29. Son solitarios y existen sin compañía
LEPTONESLEPTONES
FERMIONESFERMIONES

30. FERMIONESFERMIONES
LEPTONESLEPTONES
Electrón
Neutrino Electrónico Neutrino Muónico Neutrino Tauónico
TauónMuón

31. QUARKSQUARKS
FERMIONESFERMIONES

32. QUARKSQUARKS
Solo existen en grupo para formar Hadrones
Presentan carga fraccionaria
FERMIONESFERMIONES

33. QUARKSQUARKS
FERMIONESFERMIONES
Arriba (up)
Abajo (down)
Verdad (top)Encanto (charm)
Extraño (strange) Belleza (bottom)
2/3 2/3
-1/3 -1/3

34. Desarrollo cronológicoDesarrollo cronológico
La matemática hecha realidadLa matemática hecha realidad
QUARKSQUARKS
FERMIONESFERMIONES

35. QUARKSQUARKS
FERMIONESFERMIONES
117

36. FERMIONESFERMIONES
NUCLEONES:NUCLEONES: ElEl
protónprotón
1. No es una partícula elemental; está formado por tres quarks (es un barión)
2. Es un hadrón por verse afectado por la fuerza nuclear que es la que mantiene unidos a
los protones y los neutrones en el núcleo de los átomos. Si no fuera por ella, estas
partículas nunca estarían juntas (los protones se repelerían por tener carga del mismo
signo) y no existirían los átomos.
3. El protón “siente” todas las fuerzas fundamentales: la gravitatoria, la electromagnética, la
nuclear fuerte y la débil.
4. No puede haber dos protones en el mismo estado cuántico en un mismo átomo.
El Protón está constituidos por tres quarks (qqq)
unidos por gluones
(uud) = 2/3 + 2/3 – 1/3 = 3/3 = 1
upup upup downdown

37. FERMIONESFERMIONES
1. No es una partícula elemental; está formado por tres quarks (es un barión)
2. Es un hadrón por verse afectado por la fuerza nuclear que es la que mantiene unidos a
los protones y los neutrones en el núcleo de los átomos.
3. El protón “siente” todas las fuerzas fundamentales: la gravitatoria, la electromagnética, la
nuclear fuerte y la débil.
4. No puede haber dos protones en el mismo estado cuántico en un mismo átomo.
El Neutrón está constituidos por tres quarks (qqq)
unidos por gluones
(uud) = 2/3 – 1/3 – 1/3 = 0
upup downdowndowndown
NUCLEONES:NUCLEONES: ElEl
neutrónneutrón

38. U Ud dUd
NÚCLEOSNÚCLEOS

39. NÚCLEOSNÚCLEOS
Estructura del núcleo atómico
Están formados exclusivamente por protones y neutrones.
La cantidad de protones presentes en el núcleo se denomina número
atómico y se expresa como Z.
La cantidad de neutrones del núcleo se representa por N
La cantidad total de nucleones del núcleo (protones más neutrones) se
denomina número másico y se determina por A. (A = Z + N).
Los átomos de un mismo elemento que poseen distinto número másico se
conocen por isótopos.
Todos los elementos conocidos tienen isótopos.
Los átomos que poseen igual número másico, aunque pertenezcan a distintos
elementos químicos, se denominan isobaros.

40. FUERZAS DE INTERACCIÓNFUERZAS DE INTERACCIÓN
Fuerza
Electrodébil
Fuerza Electromagnética
QED
Fuerza Débil
Modelo Estándard
Fuerza Fuerte
QCD
Fuerza Gravitacional
Relatividad General
galaxia
1021
m
materia
10-1
m
cristal
10-9
m
átomo
10-10
m
núcleo
atómico
10-14
m
electrón
nucleón
10-15
m
<10-18
m
quark
ADN
10-8
m
La investigación con
haces de iones y
antiprotones
Interacciones ión-materia
Plasmas densos
Campos EM intensos
Nucleos al extremo
Estructura de quarks y
gluones de los hadrones
Materia de quarks
Plasma quark-gluón
Excitación del vacío
Iones pesados → 12 TW/g
Núcleos exóticos (1 GeV/u)
Antiprotones 0-15(30) GeV
Iones relativistas (35 GeV/u)
J. Benlliure

41. Fuerzas y PartículasFuerzas y Partículas

42. Fuerzas e InteraccionesFuerzas e Interacciones
Intensidad : 10–38
Alcance : Infinito
Intensidad : 10–13
- 10–18
Alcance : 2 · 10 –18
m
Intensidad : 10–2
Alcance : Infinito m
Intensidad : 1
Alcance : 1.5 · 10 –15
m

43. Unidad de estudio de la materiaUnidad de estudio de la materia
Unidad simple de unUnidad simple de un elementoelemento
Cada átomo retiene todas lasCada átomo retiene todas las
propiedades químicas ypropiedades químicas y
físicas de su elementofísicas de su elemento
matriz.matriz.
ATOMOSATOMOS

44. ATOMOSATOMOS
Según la teoría electrónica,Según la teoría electrónica,
el átomo está formado por:el átomo está formado por: ATOMO
PROTONES
NEUTRONES
ELECTRONES

45. ELEMENTOELEMENTO
Antes de Dalton:
Elementos son sustancias que no pueden ser
descompuestas en sustancias más simples
Dalton:
Elementos son sustancias formadas por átomos
idénticos
Definición Moderna
Elementos son sustancias formadas por átomos que
tienen exactamente la misma carga positiva en el
núcleo. Es decir: Todos los átomos de un mismo
elemento tienen el mismo Número Atómico

46. ELEMENTOSELEMENTOS

47. MOLECULASMOLECULAS

48. MOLECULASMOLECULAS

49. MATERIAMATERIA
NATURALEZA
DE LA MATERIA
MATERIA MOLECULAS ATOMOS

51. Para que sirve todo esto ?Para que sirve todo esto ?

52. BIOMOLECULASBIOMOLECULAS

53. COMPLEJIDAD BIOLÓGICACOMPLEJIDAD BIOLÓGICA
(Células, Tejidos, Órganos, Aparatos)(Células, Tejidos, Órganos, Aparatos)

55. Se usa la relación E=mc2
y
tomado c = 1, para expresar
las masas en unidades de
energía.
Para pasar al sistema
internacional (esto es, a
gramos) :
[MeV] = [eV] * 106
= [J] *
1.6*10-19
* 106
= 1.6*10-13
* [J]
Para el protón, por ejemplo:
938.3 MeV =1.501*10-10
J
m[Protón] = 1.501*10-10
J /
c(m/s)2
= 1.501*10-10
J / (2.998 *
108
)2
(m/s)2
= 1.67*10-27
g
SISTEMA DE UNIDADESSISTEMA DE UNIDADES
NATURALESNATURALES