Quimica

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

´ 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´ndar, que es la teor´ a ıa que describe loscomponentes fundamentales de la naturaleza y sus interacciones. Se presupone que el lector sabe que la materia est´ compuesta de electrones, protones y a neutrones, y que ´stos interaccionan entre s´ mediante interacciones electromagn´ticas, e ı e fuertes y d´biles seg´n las leyes de la mec´nica cu´ntica. A partir de ah´ se introducen e u a a ı, las restantes part´ ıculas subat´micas y se describensus propiedades, su estructura, las o part´ ıculas elementales que las componen y sus interacciones, de tal forma que, al final, el lector sepa que la materia est´ compuesta de quarks y leptones, que interactuan por a la interacci´n de color y la interacci´n electrod´bil en el marco de una clase especial de o o e teor´ cu´nticas de campo llamadas teor´ gauge locales. ıas a ıas El cap´ ıtuloprimero contiene una breve introducci´n hist´rica que describe la evoluci´n o o o del “paradigma” que describe lo que, en cada momento hist´rico, se consideraba como los o componentes fundamentales de la naturaleza. Esta introducci´n tiene gran importancia o ya que pone en su contexto la importancia del objetivo principal de la asignatura, que no es otro que introducir el Modelo Est´ndar como paradigmaactual de los componentes a fundamentales 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´tica y d´bil), y la teor´ cu´ntica e e ıa a no relativista. En concreto, se relaciona, usando la regla de oro de Fermi, el tiempo de vida de una part´ ıcula con el hamiltoniano deinteracci´n que produce su decaimiento. o El cap´ ıtulo tercero contiene una descripci´n fenomenol´gica de la gran diversidad de o o part´ ıculas subat´micas que se descubrieron a lo largo de este siglo. Entre las part´ o ıculas subat´micas, los leptones, que no sienten la interacci´n fuerte, aparecen como part´ o o ıculas ´ elementales. Estos son el electr´n, el mu´n, la tau y sus neutrinos respectivos. Loso o hadrones, que sienten la interacci´n fuerte, no son elementales. Han de introducirse o una serie de n´meros cu´nticos (n´mero bari´nico, extra˜eza, isosp´ para realizar una u a u o n ın) clasificaci´n preliminar de los hadrones. o En el cap´ ıtulo cuarto se introduce la descripci´n de la interacci´n entre las part´ o o ıculas subat´micas usando la teor´ cu´ntica de campos. Esta secci´n esbreve, ya que se supone o ıa a o que la mayor´ de los estudiantes han cursado un asignatura espec´ ıa ıfica de teor´ cu´ntica ıa a de campos. Si este no fuera el caso, deber´ ampliarse esta secci´n para incluir el concepto ıa o de segunda cuantizaci´n y los diagramas de Feynmann. o En el cap´ ıtulo quinto se describen las simetr´ discretas C, P y T en mec´nica cl´sica, ıas a a mec´nica cu´ntica y teor´cu´ntica de campos, exponiendo sus consecuencias observables, a a ıa a as´ como las evidencias de su violaci´n por la interacci´n d´bil. ı o o e El cap´ ıtulo sexto se dedica a introducir los conceptos relevantes de la teor´ de grupos. ıa Se introducen con el suficiente rigor y generalidad los conceptos de representaciones irreducibles, los operadores tensoriales y el teorema de Wigner-Eckart. Seestudia en detalle el grupo sim´trico S(N). e En el cap´ ıtulo s´ptimo se estudian los grupos de Lie, introduciendo los generadores. e 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´mica, f´ o ısica nuclear, estado s´lido) en las...