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Interacción fuerte y gluones: el pegamento invisible de la materia

Cuando pensamos en lo que mantiene unido el universo, solemos imaginar fuerzas como la gravedad o el magnetismo. Pero hay una fuerza aún más poderosa y misteriosa que actúa en el corazón de cada átomo: la interacción fuerte, mediada por unas partículas fascinantes llamadas gluones.

¿Qué son los gluones?

Los gluones son partículas elementales que actúan como los mensajeros de la interacción fuerte. Su nombre viene del inglés glue, que significa «pegamento», y no es casual: los gluones literalmente mantienen unidos a los quarks, que son los bloques fundamentales que forman protones y neutrones.

¿Cómo funciona esta fuerza?
  • Los quarks nunca están solos. Siempre se agrupan en tríos para formar protones y neutrones.
  • Los gluones se intercambian constantemente entre los quarks, como si fueran cartas invisibles que dicen: “¡Quédate cerca!”.
  • Esta interacción es tan intensa que los quarks no pueden separarse. Si intentas alejarlos, la energía que usas se convierte en nuevos pares de quarks y gluones. Es como tratar de estirar una liga que se multiplica en lugar de romperse.

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¿Qué son los Leptones?

Los leptones son partículas subatómicas que forman parte de los bloques fundamentales de la materia en el universo. Junto con los quarks, constituyen el grupo de partículas que no se pueden dividir en componentes más pequeños según nuestro conocimiento actual. Los leptones son clave para entender los principios de la física de partículas y el modelo estándar.

Pero, ¿qué es un leptón?

Un leptón es una partícula elemental que interactúa principalmente a través de la fuerza electromagnética y la fuerza débil, pero no mediante la interacción fuerte. Son partículas con espín de (1/2), lo que las clasifica como fermiones, según las leyes de la mecánica cuántica.

Descubrimiento

El primer leptón descubierto fue el electrón, detectado en 1897 por el físico británico J.J. Thomson durante sus experimentos con tubos de rayos catódicos. Este descubrimiento marcó un hito en la física, ya que identificó por primera vez una partícula subatómica más pequeña que el átomo.

Posteriormente, en 1936, Carl D. Anderson detectó el muón mientras estudiaba los rayos cósmicos. Este hallazgo sorprendió a los físicos, ya que el muón no parecía tener un papel evidente en la estructura de los átomos, lo que llevó a I.I. Rabi a exclamar irónicamente: «¿Quién ordenó esto?».

El tauón, el tercer leptón cargado, fue descubierto en 1975 por Martin Perl y su equipo en el Stanford Linear Accelerator Center (SLAC), utilizando colisiones de alta energía para identificar esta partícula más masiva.Leer más…«¿Qué son los Leptones?»

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¿Qué son los Quarks?

En el maravilloso mundo de la física de las partículas, los quarks se conocen como los componentes esenciales que conforman el universo. Estas partículas subatómicas, se combinan para constituir a los protones y neutrones, los pilares de los átomos que forman toda la materia que nos rodea. Desde su descubrimiento revolucionario en la década de los años 60, los quarks han transformado nuestra comprensión de la estructura de la materia, retándonos a explorar las profundidades de lo infinitamente pequeño. En este nuevo post, nos sumergiremos en su historia, propiedades y algunos ejemplos que revelan su papel esencial en la naturaleza.

Entonces, ¿qué son los quarks?

Son partículas subatómicas elementales consideradas los bloques fundamentales de la materia. Son los componentes básicos de protones y neutrones, que a su vez constituyen el núcleo atómico. Según el Modelo Estándar de la física de partículas, los quarks no existen de forma aislada en la naturaleza, sino que siempre están agrupados en partículas compuestas llamadas hadrones. Los hadrones, por su parte son partículas subatómicas que están compuestas de quarks y mantenidas juntas por la interacción fuerte.

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Modelos Atómicos: Teoría atómica de Niels Bohr

El físico danés Niels Bohr propuso en el año 1913 un nuevo modelo atómico donde pretendía corregir las limitaciones y errores que presentaba el modelo planetario de Rutherford.

Para Bohr el átomo está constituido por una parte central llamada núcleo en la que se localiza la carga positiva y una porción de su masa. Los electrones se encuentran dispuestos en órbitas circulares a través de diferentes niveles alrededor del núcleo. A cada nivel le corresponde una energía que será mayor cuanto más alejada del núcleo se encuentre. La distancia de las órbitas al núcleo, así como su energía, toma valores definidos. Cada nivel admite un número máximo de electrones que es igual a  2n2  donde n designa el nivel de energía (1, 2, 3,…)Leer más…«Modelos Atómicos: Teoría atómica de Niels Bohr»

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¿QUÉ SON LOS FERMIONES?

Los fermiones son una especie de partículas subatómicas que forman parte esencial de la estructura de la materia, gracias a sus especiales propiedades cuánticas que favorecen a la distribución de los átomos y las moléculas.

Entonces, ¿cuáles son los fermiones? Son los componentes básicos de los átomos como los electrones, neutrones, protones, quarks y neutrinos.

Estas partículas se someten bajo el Principio de Exclusión de Pauli. Este principio fue ideado por Wolfgang Ernst Pauli en el año 1925 y en él se indica que no puede existir simultáneamente dos fermiones con todos sus números cuánticos iguales. No pueden girar en la misma dirección, pero pueden hacerlo en direcciones opuestas

Pero, ¿qué significa esto? Esto quiere decir que un par de electrones en un átomo no pueden tener los cuatro números cuánticos completamente iguales. Estos números cuánticos son:Leer más…«¿QUÉ SON LOS FERMIONES?»

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El Protón: descubrimiento y características

Los protones son aquellas partículas subatómicas de carga positiva, perteneciente a la familia de los fermiones, y se hallan en la parte interna del núcleo atómico. El protón tiene una carga igual y opuesta a la carga de un electrón. En consecuencia, en un átomo neutro, la cantidad de electrones es igual al número de protones.

Los protones son bastante pequeños, aproximadamente de 0,0001 Angstroms (Å). Para que tengan una idea, un átomo mide 1 angstrom (Å), entonces los protones son increíblemente más pequeños que los átomos. No obstante, estos presentan una fuerza impresionante ya que se empujan entre sí ejerciendo una fuerza de 100 Newtons.

 

¿Quién descubrió el protón?

El descubrimiento del protón se le atribuye al científico británico Ernest Rutherford. Dicho hallazgo se llevó a cabo en el año 1918, cuando Rutherford, durante la realización de experimentos con gas nitrógeno, observó que al proyectar partículas alfa contra el gas, sus instrumentos revelaban la existencia de núcleos de hidrógeno.Leer más…«El Protón: descubrimiento y características»

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Naturaleza eléctrica de la materia: Electrización por Inducción

La electrización por inducción es consecuencia de las fuerzas eléctricas, ya que estas se despliegan a distancia. Entonces, un cuerpo que se encuentra con carga positiva en las cercanías de otro cuerpo neutro; este atraerá hacia sí a las cargas negativas, por lo tanto, la zona contigua quedará con carga negativa.

En consecuencia, el cuerpo que está cargado negativamente, produce un efecto de repulsión sobre los electrones, cambiando la carga del área a positiva. De cualquier manera, la dispersión de cargas provocada por las fuerzas eléctricas, es algo temporal y desaparece cuando el elemento encargado se aparta adecuadamente del material neutro.

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Naturaleza eléctrica de la materia: Electrización por Frotamiento

La electrización por frotamiento consiste en el resultado del roce de dos materiales, generándose la expulsión de electrones, los cuales serán cedidos a otro material, quedando así uno de ellos cargado de forma negativa y el otro material estará cargado de forma positiva.

No obstante, los electrones dependientes de la estabilidad del núcleo atómico, el cual está compuesto por neutrones y protones, poseen un excelente movimiento, y los que se encuentran en lo más externo, inclusive, pueden en ciertas situaciones, desprenderse. Para que esto suceda, se debe realizar una cantidad de trabajo, pero eso obedecerá a las propiedades que presente el material.Leer más…«Naturaleza eléctrica de la materia: Electrización por Frotamiento»

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Estructura del átomo: electrones, protones y neutrones

Todo lo que nos rodea está formado por átomos, aunque no podamos verlos y conocer con certeza la forma que estos presentan. Esta inquietud ha permitido que científicos diseñaran y propusieran modelos que lograran explicar la estructura del átomo.

 

El modelo del átomo nuclear es uno de ellos, siendo el de mayor utilidad, ya que acabó con el mito de que el átomo era la menor partícula indivisible constituyente de la materia.

Los átomos presentan la misma estructura donde los electrones giran alrededor del núcleo. De igual manera, existen tantos tipos de átomos como de sustancias elementales. Los elementos poseen un número específico de protones en su núcleo. Por ejemplo, el átomo de hidrógeno, el cual es el más sencillo, presenta en su núcleo tan solo un protón y gira a su alrededor un electrón. Sin embargo, el átomo de uranio posee 92 protones, 146 neutrones y 92 electrones que giran alrededor de su núcleo.Leer más…«Estructura del átomo: electrones, protones y neutrones»

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