Fisica Nuclear

INTRUCCION

En el campo de la Física Teórica hay multitud de temas que, bien sea por su especcularida, bien sea por su trascendencia en el mundo actual, atraen la atención no sólo del especialista científico o técnico, sino también del público profano con inquietudes culturales.

La Física nuclear y de partículas, íntimamente ligadas, constituyen uno de los dominios más relevantes de la Física moderna. El conocimiento cada vez más profundo de la estructura de la materia, mediante experimentos en los aceleradores de partículas, nos está llevando, paradójicamente, a entender el origen y evolución del universo.

Al conocimiento científico en este ámbito se ha unido casi de inmediato la aplicación técnica (producción de energía en centrales nucleares, radioterapia médica para el tratamiento de tumores malignos, marcaje radiactivo para el seguimiento de reacciones químicas, producción de mutaciones en plantas para la mejora de las cosechas agrícolas, las bombas atómicas,...). La tremenda cantidad de energía que puede liberar el núcleo atómico constituye, al tiempo que un peligro potencial en manos de la humanidad, un bien al que nuestra sociedad no puede renunciar (al menos, de momento).

La Física de las partículas elementales se encarga del estudio de las propiedades de los constituyentes fundamentales de los que está hecho el Universo y de las fuerzas e interacciones que los rigen. Las actividades a realizar son: Una exposición en la que se presenta el estado actual del conocimiento teórico sobre el tema y de los métodos experimentales más usados en su estudio.

INTERACCIONES FUNDAMENTALES

En la naturaleza hay cuatro fuerzas, (también llamadas en Física interacciones o campos) que son responsables de todos los fenómenos en el Universo: la fuerza o interacción gravitacional, la nuclear débil, la electromagnética y la nuclear fuerte. Vamos a describir brevemente las principales características de cada una de ellas.

 INTERACCIÓN GRAVITACIONAL

Descripción: Es la responsable de la interacción entre las partículas con masa y, por extensión, de la configuración a escala macroscópica del Universo y de su estabilidad.

Acción: Actúa sobre todas las partículas. Es de naturaleza atractiva.

Alcance: Prácticamente infinito.

Fuerza: Es la más débil. Tomando como unidad la más fuerte de las cuatro, ésta sería 1039 veces más débil, aproximadamente.

 INTERACCIÓN NUCLEAR DÉBIL

Descripción: Es la responsable de la desintegración de ciertas partículas inestables; es decir, de aquellos procesos en los que algunas partículas se descomponen (decaen) en otras más ligeras. Por extensión, es la que origina algunos procesos radiactivos (desintegración beta).

Acción: Actúa sobre las partículas denominadas leptones y quarks (ver la sección siguiente).

Alcance: Menos de 1015 cm.

Fuerza:105 (en la escala anterior).

 INTERACCIÓN ELECTROMAGNÉTICA

Descripción: Es la responsable de la interacción entre las partículas con carga eléctrica y, por extensión, de todas las reacciones químicas (y, por consiguiente, de todos los fenómenos biológicos).

Acción: Actúa sobre todas las partículas cargadas eléctricamente. Es de naturaleza atractiva o repulsiva.

Alcance: Prácticamente infinito.

Fuerza: 102.

 INTERACCIÓN NUCLEAR FUERTE

Descripción: Es la responsable de la interacción entre los nucleones, esto es, las partículas que forman el núcleo atómico (protones y neutrones). Mantiene el núcleo unido (obsérvese que al tener los protones carga eléctrica positiva y los neutrones carga nula, por efecto de la fuerza electromagnética repulsiva entre los primeros, el núcleo sería inestable de no existir esta fuerza). Por extensión, es la responsable de la estabilidad de toda la materia.

Acción: Actúa sobre las partículas denominadas quarks (ver la sección siguiente). Es de naturaleza atractiva.

Alcance: 1013 cm.

Fuerza: Es la más fuerte.

INTRODUCCIÓN HISTÓRICA DE LOS CONSTITUYENTES DE LA MATERIA

Cada sustancia del universo, las piedras, el mar, nosotros mismos, los planetas y hasta las estrellas más lejanas, está enteramente formada por pequeñas partículas, que se pensaban que eran indivisibles, llamadas átomos. Son tan pequeñas que no son posibles fotografiarlas. Para hacernos una idea de su tamaño, un punto de esta línea puede contener dos mil millones de átomos.

Por tanto, al adentrarnos en la materia nos damos cuenta de que está formada por átomos. Para comprender estos átomos, a lo largo de la historia diferentes científicos han enunciado una serie de teorías que nos ayudan a entender la complejidad de estas partículas.

A finales del siglo XVIII se descubren un gran número de elementos, pero éste no es el avance más notable sino que se produce cuando Lavoisier da una interpretación correcta al fenómeno de la combustión, indicando que se producía una unión con átomos de oxígeno.

Ya en el siglo XIX se establecen diferentes leyes de la combinación para formar sustancias y compuestos químicos, esto unido a la clasificación periódica de los elementos (1871) potencia el estudio de la constitución de los átomos. Es decir qué son y qué propiedades tienen. Todas estas leyes supusieron encontrar nuevas explicaciones a cómo la materia estaba constituida. Estas explicaciones son las que se van a ir indicando.

El

...