tema 1 tema 1 – – introducciÓn. conceptos...

TEMA 1 TEMA 1 –– INTRODUCCIÓN. INTRODUCCIÓN. CONCEPTOS BÁSICOSCONCEPTOS BÁSICOS

CONTENIDOSCONTENIDOS

Breve introducción histórica.Breve introducción histórica.

Átomos, electrones y núcleos.Átomos, electrones y núcleos.

Quarks y leptones.Quarks y leptones.

Física Nuclear y de Partículas 2005/2006– Tema 11

Quarks y leptones.Quarks y leptones.

Interacciones fundamentales.Interacciones fundamentales.

Escala de las fuerzas y distancias subatómicas.Escala de las fuerzas y distancias subatómicas.

Unidades de Física Nuclear y de Partículas.Unidades de Física Nuclear y de Partículas.

Repaso de procesos de dispersión y secciones Repaso de procesos de dispersión y secciones eficaces.eficaces.

BREVE INTRODUCCIÓN HISTÓRICABREVE INTRODUCCIÓN HISTÓRICA

Algunos delos acontecimientosmás importantes en lahistoria de la física


historia de la físicanuclear han sido:

ÁTOMOS, ELECTRONES Y NÚCLEOSÁTOMOS, ELECTRONES Y NÚCLEOS

¿DE QUÉ ESTÁN HECHAS LAS COSAS?

MATERIA ~ 10 -9 m ÁTOMO ~ 10-10 m NÚCLEO ~ 10-14 m NUCLEÓN < 10-15 m


QuarksNeutrónElectrón ProtónÁtomo

FÍSICA MATERIALES

FÍSICA ATÓMICA

FÍSICA NUCLEAR

FÍSICA DE PARTÍCULAS


Tabla de los ElementosTabla de los Elementos



TABLA DE ISÓTOPOSTABLA DE ISÓTOPOS

Física Nuclear y de Partículas 2005/2006– Tema 15 Neutrones

Los núcleos están formados por protones y neutrones.

NOTACIÓN: Un núcleo atómico viene descrito por:

COMPONENTES DE LOS NÚCLEOSCOMPONENTES DE LOS NÚCLEOS


QUARKS Y LEPTONESQUARKS Y LEPTONES

Toda la materia está formada apartir de combinaciones de tan solo12 fermiones (espín ½) (6 quarks y6 leptones).

Los quarks no existen comopartículas libres (propiedad de


partículas libres (propiedad deconfinamiento). Se agrupan enternas para formar los bariones(p,n,Λ,Σ,Ξ,Ω...) o en parejas paraformar los mesones (π,Κ,η0,ρ,ω ...).Mesones y bariones se denominanhadrones.

Leptones y quarks interaccionanentre sí a través del intercambio debosones (espín entero).

INTERACCIONES FUNDAMENTALESINTERACCIONES FUNDAMENTALES

LAS 4 INTERACCIONES DE LA NATURALEZALAS 4 INTERACCIONES DE LA NATURALEZALAS 4 INTERACCIONES DE LA NATURALEZALAS 4 INTERACCIONES DE LA NATURALEZALAS 4 INTERACCIONES DE LA NATURALEZALAS 4 INTERACCIONES DE LA NATURALEZALAS 4 INTERACCIONES DE LA NATURALEZALAS 4 INTERACCIONES DE LA NATURALEZA

¿¿¿¿ ????

GRAVITACIONAL

Muón

NUCLEAR DÉBIL

Positrón


¿¿¿¿ ????

Masa

Gravitón

Muón

Bosón Z

Intensidad : 10Intensidad : 10Intensidad : 10Intensidad : 10––––13 13 13 13 ---- 10101010––––18181818

Alcance : 2 · 10 Alcance : 2 · 10 Alcance : 2 · 10 Alcance : 2 · 10 ––––18181818 mmmm

Intensidad : 10Intensidad : 10Intensidad : 10Intensidad : 10––––38383838

Alcance : InfinitoAlcance : InfinitoAlcance : InfinitoAlcance : Infinito

Electrón Antimuón

INTERACCIONES FUNDAMENTALESINTERACCIONES FUNDAMENTALES

LAS 4 INTERACCIONES DE LA NATURALEZALAS 4 INTERACCIONES DE LA NATURALEZALAS 4 INTERACCIONES DE LA NATURALEZALAS 4 INTERACCIONES DE LA NATURALEZALAS 4 INTERACCIONES DE LA NATURALEZALAS 4 INTERACCIONES DE LA NATURALEZALAS 4 INTERACCIONES DE LA NATURALEZALAS 4 INTERACCIONES DE LA NATURALEZA

ELECTROMAGNÉTICA NUCLEAR FUERTE


Electrón

Fotón

Electrón Quark

Gluón

Quark

Intensidad : 1Intensidad : 1Intensidad : 1Intensidad : 1

Alcance : 1.5 · 10 Alcance : 1.5 · 10 Alcance : 1.5 · 10 Alcance : 1.5 · 10 ––––15151515 mmmm

Intensidad : 10 Intensidad : 10 Intensidad : 10 Intensidad : 10 ––––2222

Alcance : InfinitoAlcance : InfinitoAlcance : InfinitoAlcance : Infinito

ESCALA DE LAS FUERZAS Y ESCALA DE LAS FUERZAS Y DISTANCIAS SUBATÓMICASDISTANCIAS SUBATÓMICAS

Del mismo modo que en física atómica se trabaja conenergías del orden del eV y con distancias del orden delAngstrom (10-10m), en física nuclear se suele trabajarcon energías de MeV y distancias de fermis (1 fm = 10-15

m). En general existe en torno a un factor 105 entre la


m). En general existe en torno a un factor 105 entre lafísica atómica y la nuclear.

Es útil recordar en los cálculos el valor del producto de lasconstantes: (h/2π)*c = 1973 eV*Angstrom (ATÓMICA)

(h/2π)*c = 197.3 MeV*fm (NUCLEAR)

UNIDADES DE FÍSICA NUCLEARUNIDADES DE FÍSICA NUCLEARY DE PARTÍCULASY DE PARTÍCULAS

A continuación figuran algunas constantes y parámetros típ icos quese emplean en física nuclear:


Hemos usado la relación E=mc2 y tomado c = 1, paraexpresar las masas en unidades de energía. Para pasaral sistema internacional (esto es, a gramos), podemos

UNIDADES DE FÍSICA NUCLEARUNIDADES DE FÍSICA NUCLEARY DE PARTÍCULASY DE PARTÍCULAS

SISTEMA DE UNIDADES SISTEMA DE UNIDADES NATURALESNATURALES


al sistema internacional (esto es, a gramos), podemoshacer:[MeV] = [eV] * 106 = [J] * 1.6*10-19 * 106 = 1.6*10-13 * [J]

Para el protón, por ejemplo: 938.3 MeV =1.501*10-10J

m[Protón] = 1.501*10-10J / c(m/s)2 = 1.501*10-10J /(2.998 * 108)2(m/s)2 = 1.67*10-27 g

REPASO DE PROCESOS DE DISPERSIÓNREPASO DE PROCESOS DE DISPERSIÓNY SECCIONES EFICACESY SECCIONES EFICACES

Sección eficaz para la dispersiónConsideremos un haz uniforme departículas cargadas, todas con lamisma masa y energía que incidensobre un centro de fuerzas, porejemplo, un núcleo.El haz incidente está caracterizado porsu intensidad o flujo I, que mide elnúmero de partículas que atraviesan el


número de partículas que atraviesan elárea normal al haz en la unidad detiempo. La dirección final de cadapartícula del haz será diferente debido ala dispersión por el núcleo.Se denomina sección eficaz para ladispersión s(Φ) al número de partículasdispersadas en el ángulo sólido dΩΩΩΩ porunidad de tiempo, dividido entre laintensidad incidente.

• Hipótesis supuestas: La carga eléctrica nuclear es puntualEl espín nuclear es cero

REPASO DE PROCESOS DE DISPERSIÓNREPASO DE PROCESOS DE DISPERSIÓNY SECCIONES EFICACESY SECCIONES EFICACES

La sección eficaz diferencial para la dispersión elástica de electrones relativistasfue obtenida por Mott


El espín nuclear es ceroNo existe retroceso nuclear

• Para núcleos no puntuales y densidad ρ( r) con simetría esférica:

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