Particulas Atomicas

Part´ıculas Elementales
Joaqu´ın G´omez Camacho
June 6, 2001

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PROLOGO
Estos apuntes contienen la materia de la asignatura “Part´ıculas Elementales” que se
imparte en el quinto curso de la especialidad de Fundamental de la licenciatura de F´ısicas
de la Universidad de Sevilla.
El objetivo principal de los apuntes es introducir el Modelo Est´andar, que es la teor´ıa
que describe los componentesfundamentales de la naturaleza y sus interacciones. Se
presupone que el lector sabe que la materia est´a compuesta de electrones, protones y
neutrones, y que ´estos interaccionan entre s´ı mediante interacciones electromagn´eticas,
fuertes y d´ebiles seg´
un las leyes de la mec´anica cu´antica. A partir de ah´ı, se introducen
las restantes part´ıculas subat´omicas y se describen sus propiedades,su estructura, las
part´ıculas elementales que las componen y sus interacciones, de tal forma que, al final,
el lector sepa que la materia est´a compuesta de quarks y leptones, que interactuan por
la interacci´on de color y la interacci´on electrod´ebil en el marco de una clase especial de
teor´ıas cu´anticas de campo llamadas teor´ıas gauge locales.
El cap´ıtulo primero contiene una breveintroducci´on hist´orica que describe la evoluci´on
del “paradigma” que describe lo que, en cada momento hist´orico, se consideraba como los
componentes fundamentales de la naturaleza. Esta introducci´on tiene gran importancia
ya que pone en su contexto la importancia del objetivo principal de la asignatura, que
no es otro que introducir el Modelo Est´andar como paradigma actual de los componentesfundamentales de la naturaleza.
El cap´ıtulo segundo describe las propiedades de las part´ıculas utilizando las interacciones que aparecen en f´ısica nuclear (fuerte, electromagn´etica y d´ebil), y la teor´ıa cu´antica
no relativista. En concreto, se relaciona, usando la regla de oro de Fermi, el tiempo de
vida de una part´ıcula con el hamiltoniano de interacci´on que produce su decaimiento.
El cap´ıtulotercero contiene una descripci´on fenomenol´ogica de la gran diversidad de
part´ıculas subat´omicas que se descubrieron a lo largo de este siglo. Entre las part´ıculas
subat´omicas, los leptones, que no sienten la interacci´on fuerte, aparecen como part´ıculas
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elementales. Estos
son el electr´on, el mu´on, la tau y sus neutrinos respectivos. Los
hadrones, que sienten la interacci´on fuerte, noson elementales. Han de introducirse
una serie de n´
umeros cu´anticos (n´
umero bari´onico, extra˜
neza, isosp´ın) para realizar una
clasificaci´on preliminar de los hadrones.
En el cap´ıtulo cuarto se introduce la descripci´on de la interacci´on entre las part´ıculas
subat´omicas usando la teor´ıa cu´antica de campos. Esta secci´on es breve, ya que se supone
que la mayor´ıa de los estudianteshan cursado un asignatura espec´ıfica de teor´ıa cu´antica
de campos. Si este no fuera el caso, deber´ıa ampliarse esta secci´on para incluir el concepto
de segunda cuantizaci´on y los diagramas de Feynmann.
En el cap´ıtulo quinto se describen las simetr´ıas discretas C, P y T en mec´anica cl´asica,
mec´anica cu´antica y teor´ıa cu´antica de campos, exponiendo sus consecuencias observables,
as´ıcomo las evidencias de su violaci´on por la interacci´on d´ebil.
El cap´ıtulo sexto se dedica a introducir los conceptos relevantes de la teor´ıa de grupos.
Se introducen con el suficiente rigor y generalidad los conceptos de representaciones irreducibles, los operadores tensoriales y el teorema de Wigner-Eckart. Se estudia en detalle
el grupo sim´etrico S(N).
En el cap´ıtulo s´eptimo se estudian losgrupos de Lie, introduciendo los generadores.
Se estudian en detalle los grupos unitarios U(1), SU(2) y SU(3), utilizando los diagramas
de Young.

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Estos dos cap´ıtulos son autocontenidos, de forma que pueden servir para otras asignaturas (f´ısica at´omica, f´ısica nuclear, estado s´olido) en las que se usa la teor´ıa de grupos.
Por otro lado, estos cap´ıtulos podr´ıan resumirse u omitirse...