Un mundo cu ntico y relativista

Introducción a Física de Partículas y Cosmología
Un mundo cuántico y relativista

Angel M. Uranga
Instituto de Física Teórica UAM/CSIC, Madrid
angel.uranga@uam.es

PLAN
Estas series de charlas sobre Física de Partículas y Cosmología
cubren aproximadamente 100 años de ideas, teorías y experimentos

-

4 Feb: “Un mundo cuántico y relativista”, A. Uranga
6 Feb: “Lo infinitamente pequeño”, C. Pena11 Feb: “El Universo en expansión”, D. G. Cerdeño
13 Feb: “En el interior de protones y neutrones”, C. Pena
18 Feb: “Materia y energía oscura”, D. G. Cerdeño
20 Feb: “El Modelo Estándar”, A. Casas
25 Feb: “El LHC, la partícula de Higgs y más allá”, A. Casas

Más de 50 premios Nobel en Física de Partículas
Resulta imposible ser exhaustivo o riguroso
Nos restringimos a una visión general de losprincipales descubrimientos e ideas

PLAN de hoy
Un mundo cuántico
Estructura de la materia y Mecánica Cuántica

Un mundo relativista-I
Relatividad Especial y Teoría Cuántica de Campos

Un mundo relativista-II
Relatividad General y Gravitación

Un mundo cuántico
Estructura de la materia y Mecánica Cuántica

Angel M. Uranga
Instituto de Física Teórica UAM/CSIC, Madrid
angel.uranga@uam.es

En losalbores del s. XX

c. 1900

Universo: Sistema Solar y estrellas de nuestra galaxia
(infinito, eterno, prácticamente estático e inamovible)
Estructura de la materia: Átomos (Dalton, Mendeleyev)
(indivisibles, sin estructura interna)
Dos fuerzas fundamentales:
- Gravedad (Newton)
- Electromagnetismo (Maxwell)
Marco general de la Física:
- Mecánica clásica (Galileo,Newton)
- Termodinámica y Mecánicaestadística (Kelvin, Boltzmann)
Nadie sospechaba el increíble progreso de la Física
en los 100 años siguientes

Mecánica Clásica,
Teoría Cinética,
Thermodinámica

Boltzmann

Maxwell

Partículas
1895

1900

e

Movimiento
Browniano

1905

191
0

Átomo
Núcleo

1920

p

1930

n

1940
1950

e+

1970

Rayos
cósmicos

Mecánica Cuántica
Onda / partícula
Fermiones / Bosones

+

Dirac
AntimateriaDesintegración
betai
Mesones
de Yukawa

Relatividad
General

-

QED

τ

Zoo de
partículas

Violación de
P, C, CP

Galaxias ; Universo
en expansión;
modelo del Big Bang

Ciclotrón

Materia oscura

νµ

ντ

d

s

c
MODELO ESTÁNDAR
b

Nucleosíntesis
cosmológica

Bosones W

νe
u

Aceleradores

Cámara
de niebla

Fusión nuclear

1990

2010

Detectores

Geiger

Higgs

Unificación
electrodébil
Color
QCD

Granunificaci’on?
Supersimetría?
Supercuerdas?

g
W

200
0

Fuerte

Relatividad
especial

π

τ-

1980

Débil

Tecnología

Radioactividad

Fotón

µ-

p-

1960

Universo

Campos
Electromagnético

-

Newton

Fondo de radiación
de microondas

Cámara de
burbujase
Cámara de hilos

Aceleradores
e+e
Enfriamiento
de haces

Online computers

Inflación

Z

3 familias

Sincrotrón

Inhomgeneidades
del fondo demicroondas

Detectores
modernos

Aceleradores
p+pWWW

t
Energía oscura
Masas de
neutrinos

GRID

En los albores del s. XX
Albert Michelson, 1894
“En Física, sólo queda completar la sexta cifra decimal”
(All that remains to do in physics is to fill in the sixth decimal place)
Lord Kelvin, 1900, en su discurso a la Asociación Británica para el
Desarrollo Científico:
“Ya no queda nada por descubrir enFísica.
Sólo queda aumentar más y más la precisión
de las medidas experimentales”
There is nothing new to be discovered in
physics now, All that remains is more
and more precise measurement.

William Thomson
(Lord Kelvin)

Pero ya Lord Kelvin mencionó dos inquietantes
nubes en el horizonte de la Física:
- La radiación de cuerpo negro
- El experimento de Michelson-Morley

Partículas Elementales-

e

1897

Electrodos C negativo: fuente de electrones
Electrodos A, B : campo eléctrico (extración)
Electrodos D, E: campo eléctrico (desviación)

e-

Experimentos con rayos catódicos (~TV)
J.J. Thomson
e-

Los ’rayos' son corpúsculos cargados
(conocidos como electrones desde entonces)

con un cociente carga/masa fijo

(propiedades intrínsecas de los electones)

Los electrones son partículas...