Partículas Subatómicas y Fuerzas Fundamentales: Un Viaje al Interior del Átomo

Partículas Subatómicas y Fuerzas Fundamentales

Fuerzas Fundamentales

Una vez unificadas las fuerzas eléctricas y magnéticas en electromagnéticas, solo quedaban dos tipos: estas y la gravitatoria. Los indicios apuntan a la presencia de dos nuevas fuerzas, cuyos efectos solo se perciben a pequeñas distancias (10^-15m). Estas son las fuerzas nucleares:

• Fuerza Nuclear Fuerte

  • Mantiene unidos a los nucleones.
  • Es independiente de su carga.
  • Es de corto alcance; se anula a distancias superiores a 10^-15m.
  • A distancias cortas, es superior a cualquier otro tipo de fuerza.

• Fuerza Nuclear Débil

  • Causante de la desintegración beta de los núcleos.
  • Se manifiesta principalmente en partículas no sometidas a la fuerza nuclear fuerte.
  • Es de corto alcance; se anula más allá de 10^-17 m.
  • A distancias cortas, supera a la fuerza gravitatoria, pero es más débil que las demás.

Se ha intentado unificar todas estas fuerzas en nuevas teorías. De momento, se ha logrado la unificación de la fuerza electromagnética con la nuclear débil, conocida como fuerza electrodébil. Por otro lado, se está cerca de unificar la fuerza nuclear fuerte en la Teoría de la Gran Unificación (TGU). Los esfuerzos actuales se centran en unir la gravitación en una teoría de supergravedad, aunque esto está algo más lejos.

Partículas Subatómicas

Sabíamos que en los átomos existían electrones (e-), protones (p+) y neutrones (nº), pero además pueden emitir fotones, que son partículas. Al estudiar los núcleos con mayores energías, se ha observado que estas partículas no son las últimas, sino que están constituidas por partículas elementales, aquellas que no se pueden descomponer en otras más simples. Actualmente, se conocen centenares de partículas, que se clasifican en dos grupos según estén sometidas o no a la acción de la fuerza nuclear fuerte (FNF).

• Leptones

  • No están sometidos a la FNF.
  • Son partículas elementales.
  • Existen seis tipos: electrón, muón, tauón, neutrino del electrón, neutrino del muón y neutrino del tauón.

• Hadrones

  • Están sometidos a la FNF.
  • No son partículas elementales, ya que están formadas por combinaciones de quarks, que sí son elementales.
  • Se clasifican en dos grupos:
    • Mesones: combinaciones de quark y antiquark, como los mesones p (piones).
    • Bariones: combinaciones de tres quarks, como los protones y neutrones.

Transformaciones de Galileo

La posición y la velocidad se definen en función de un punto de referencia. Si cambiamos de punto de referencia, estas magnitudes cambian. Esto hace que el movimiento sea relativo al punto de referencia que usemos. Suponiendo que el tiempo transcurre igual en ambos sistemas (t = t'), y dado que en los ejes y y z no hay movimiento (y = y', z = z'), las transformaciones de Galileo quedan así:

x = x' - vt' y = y' z = z' t = t'

Dado que las leyes de la mecánica clásica se basan en las fuerzas y, por tanto, en las aceleraciones, podemos afirmar que: "Las leyes de la Mecánica son invariantes frente a una transformación de coordenadas entre Sistemas de Referencia Inerciales".

Transformaciones de Lorentz

Las transformaciones de Galileo ya no eran válidas, pero Einstein se dio cuenta de que las propuestas por Lorentz unos años antes sí lo eran. Estas transformaciones son:

x = γ (x' - vt') y = y' z = z' t = γ (t' - vx'/c²)

Donde γ = 1 / √(1 - v²/c²) (Los valores con prima son los referentes al SR que se mueve. La transformada inversa se obtiene sustituyendo v por -v).

En ellas se observa que:

• Si v = 0, entonces γ = 1 y la ecuación se reduce a las transformaciones de Galileo.
• Si v << c, entonces γ ≈ 1 y se pueden usar las transformaciones de Galileo. Sin embargo, si v > 0.1c, se deben utilizar las de Lorentz.
• La velocidad c es una velocidad límite; nada puede superarla.
• El tiempo medido en cada SR es diferente, con lo cual el tiempo pierde su carácter absoluto, dependiendo del SR que se use.