El documento presenta una introducción al Modelo Estándar de la Física de Partículas. Describe las partículas fundamentales y las cuatro fuerzas que existen según el modelo. También explica brevemente los aceleradores de partículas y detectores utilizados para estudiar la física de partículas a través de colisiones de alta energía.

2. 1. Modelo Estándar de la Física de partículas2. Fuerzas Fundamentales en el MEFP3. Diferencias entre partículas4. La antimateria5. Cuestiones sin resolver en el MEFP6. Herramientas de estudio en Física de partículas7. Método de estudio en física de partículasIntroducción

3. 1. Modelo Estándar de Física de PartículasTeoría actualmente en vigor, formulada en los años 70, para describir los elementos básicos, (partículas fundamentales y fuerzas), que existen en la naturaleza.

4. El universo esta formado por dos tipos de partículas elementales:

5. 12 partículas materiales Fermiones organizadas en dos familias

6. 6 Leptones organizadas en tres familias

7. 6 Quarks organizadas en tres familias

8. 4 tipos de fuerzas Bosones 1.1. Diferencias entre Quarks y LeptonesSe ven afectados por la fuerza nuclear fuerte (Hadrones) Los quarks aparecen en grupos de tres (Bariones) Ejemplo: Protones y los Neutrones de dos un quarks y un antiquark (Mesones)Ejemplo: Piones y kaonesNo se ven afectados por la fuerza nuclear fuertePueden existir aisladosQuarksLeptones

9. 2. Fuerzas fundamentales en el MEFP El Modelo estándar de Física de Partículas señala tres fuerzas fundamentales en la materia del universo:

10. La fuerza electrodébil que se transmite por el fotón (bosón de la fuerzaelectromagnética)

11. La fuerza nuclear débil que se transmite por los bosones débiles W+, W- y Z;

12. La fuerza nuclear fuerte que se transmite por 8 tipos de partículas llamadas gluones

13. Todas estas fuerzas crean campos que pasan a través de la materia, siendo los bosones los responsables de llevar estas fuerzas fundamentales entre las partículas de materia.

14. Todos tienen carga neutra, a excepción de los bosones W, que tienen carga -1.

15. Gluones y fotones tienen masa cero, por lo que según la relatividad general, deben viajar a la velocidad de la luz. 2. Fuerzas fundamentales en el MEFPSe supone la existencia de otros dos bosones, que aún no han sido detectados:

16. Bosón de Higgs, que en teoría es el encargado de dar a todas las partículas su masa

17. Bosón Gravitón; que se encargaría de transmitir la gravedad. La gravedad no se considera una fuerza fundamental en ese modelo, ya que es incompatible con muchos aspectos conocidos de la relatividad general, por lo que el gravitrón no es admitido por muchos físicos3. Diferencias entre partículasUno de los valores que caracterizan a las partículas es su spin (algo así como si fuera su momento magnético).

18. El spin diferencia claramente a las partículas que forman la materia (fermiones) de las que transmiten las fuerzas (bosones) y condiciona su funcionamiento

19. Los fermiones tienen spin “entero + ½” (1/2 ó 3/2). Se encuentran regulados por el Principio de exclusión de Pauli y por tanto no pueden coexistir en el mismo estado en el mismo lugar al mismo tiempo.

20. los bosones lo tienen “entero” (0, 1 ó 2), por lo tanto pueden coexistir. 4. La antimateriaLa materia y la antimateria son perfectos opuestos.

21. Para cara partícula hay una antipartícula, (positrón, antineutrino y antiquarks en cada una de las tres familias), para la cual las propiedades eléctricas son opuestas.

22. Cuando la materia y la antimateria se encuentran, se aniquilan entre sí liberando energía (mc2 )

23. Posteriormente, pueden reaparecer como fotones y otros pares de partículas y antipartículas.5. Cuestiones sin resolver en el MEFP

24. 6. Herramientas de estudio en Física de partículas La física de partículas observa la materia en sus dimensiones más pequeñas.

25. Los aparatos que se utilizan en este campo son los aceleradores y detectores de partículas7. Método de estudio en Física de partículas1. Concentrar energía en las partículas mediante un Acelerador de partículas2. Colisionar las partículas en un blanco fijo o entre ellas3. Examinar las colisiones e identificar las partículas creadas mediante un Detector de partículas

26. 7.1. Acelerador de partículasDispositivos que utilizan campos electromagnéticos para acelerar partículas cargadas, hasta velocidades próximas a la de la luz, y hacerlas colisionar con un blanco fijo u otras partículas en movimiento.

27. Su tarea es acelerar y aumentar la energía de un haz de partículas. El haz es acelerado mediante campos eléctricos y es dirigido y enfocado mediante campos magnéticos.

28. Los resultados de las colisiones, de muy alta energía, generan nuevas partículas muy inestables y de muy corta vida, que permiten extraer información de los más pequeños componentes de la materia, lo cual se realiza en detectoresestratégicamente situados.

29. Suponen un entorno controlado que permite estudiar las partículas generadas y su proceso de desintegración, proporcionando valiosos datos para la Física de Partículas. 7.1.1. Tipos básicos de AceleradoresACELERADOR LINEALACELERADOR CIRCULARDispositivo con un diseño curvo en el haz de partículas viaja varias veces alrededor de un bucle, a alta velocidad, gracias a un campo magnético.

30. Dispositivo con un diseño lineal donde el haz de partículas se desplaza de un extremo al otro 7.1.2. EjemplosACELERADOR LINEALACELERADOR CIRCULARStanford Linear Accelerator Center (SLAC) Acelerador lineal de 3,4 km longitud.

31. Gran colisionador de Hadrones (LCH) del CERN: Dispone de varios aceleradores circulares en cadena, para alcanzar sucesivamente mayores energías.7.1.3. Principales componentes de un aceleradorCampos eléctricos con cavidades de Radiofrecuencia (RF): Los campos eléctricos son los que proporcionan aceleración al haz de partículas. Las cavidades RF distribuidas intermitente a lo largo de la tubería proporcionan energía de radiofrecuencia al haz durante la aceleración hacia el máximo de energía, reponiendo la energía radiada, perdida por las partículas que se mueven a velocidades muy elevadas bajo un campo magnético uniforme (radiación sincrotón).

32. Sistema de vacío: Sistema mediante el cual se realiza un vacío muy alto en el tubo de metal por donde viaja un haz de partículas, para reducir al mínimo la cantidad de gas presente y evitar colisiones entre las moléculas de gas y las partículas del haz.

33. Electroimanes: Imanes que mantienen confinadas a las partículas dentro del túnel. 7.2. Detector de partículasAparato situado en los puntos donde se hacen colisionar las partículas que registran e identifican las partículas producidas en la colisión.

34. Posee distintas partes con funciones diferentes, cada una especializada en detectar un tipo de partícula o propiedad. Las principales son:Dispositivo de seguimiento: detecta y muestra la trayectoria de una partícula.

35. Calorímetro: detiene, absorbe y mide la energía de una partícula.

36. Identificador: identifica el tipo de partícula.8. Localización e integrantes9. Objetivos 10. Funciones11. Hitos en la Historia del CERNOrganización Europea para la Investigación Nuclear (CERN)

37. 8.CERN: Localización e integrantesMayor laboratorio del Mundo dedicado al estudio de la física de partículas

38. Situado en la frontera franco-suiza, cerca de Ginebra.

39. Se fundó en 1954 por 12 países europeos, que se han ampliado a 20 en la actualidad

40. Cuenta con la participación en sus programas de 8 países observadores, mantiene acuerdos de colaboración con estados no miembros y contactos científicos con usuarios de todo el mundo.

41. España se unió al CERN en enero de 1961. 9. Objetivos de CERNEstudiar la Física de partículas y buscar respuestas a las preguntas sobre el Universo

42. El universo está constituido de bloques elementales de materia (partículas elementales)

43. Todas estas partículas existen desde instantes posteriores al Big bang.

44. Solo pudieron ser creadas en colisiones de alta energía.

45. Por lo tanto, la recreación de los instantes iniciales del universo es fundamental para el estudio de su origen y su evolución posterior.10. CERN: FuncionesAportar aceleradores de partículas para la investigación de la estructura básica de la materia y las principales partículas que la componen.

46. Proporcionar las infraestructuras necesarias para la investigación en física de alta energía.

47. Organizar y patrocinar la cooperación internacional en la investigación.

48. Promocionar el contacto entre los científicos

49. Facilitar el intercambio con otros laboratorios e institutos.

50. Difundir la información obtenida

51. Fomentar el avance tecnológico

52. Formar a los científicos del mañana 11. Hitos de la historia del CERN