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Positrón

Positrón

El Positrón es la antipartícula correspondiente al electrón. No forma parte de la materia ordinaria, sino de la antimateria, aunque se producen en numerosos procesos físicos.

Véase también


- Física de Partículas
- Electrón
- Protón
- Aniquilación de pares

Enlaces externos


- [http://pdg.lbl.gov/ Particle Data Group] Categoría:Física nuclear y de partículas ja:陽電子 ko:양전자

Antipartícula

A cada una de las partículas de la naturaleza le corresponde una antipartícula que posee la misma masa y el mismo spin. Algunas partículas como el fotón, son idénticas a su antipartícula. Esas partículas no tienen carga eléctrica, pero no todas las partículas de carga neutra son de este tipo. Siempre hemos tenido la impresión de que las leyes de la naturaleza parecían haber sido diseñadas para que todo fuese simétrico entre partículas y antipartículas hasta que los experimentos de la llamada violación CP (violación carga-paridad) encontraron que la simetría temporal se violaba en ciertos sucesos de la naturaleza. El exceso observado de bariones con respecto a los anti-bariones en el universo es uno de los principales problemas sin respuesta de la cosmología. Los pares partícula-antipartícula pueden aniquilarse entre ellos si se encuentran en el estado cuántico apropiado. Estos estados pueden producirse en varios procesos. Estos procesos se usan en los aceleradores de partículas para crear nuevas partículas y probar las teorías de la física de partículas. Los procesos de altas energías en la naturaleza pueden crear antipartículas, y estos son visibles debido a los rayos cósmicos y en ciertas reacciones nucleares. La palabra antimateria se refiere a las antipartículas elementales, los compuestos de antipartículas hechos con estas (como el antihidrógeno) y formaciones mayores que pueden hacerse con ellos.

La Historia

El experimento

En 1932, poco después de la predicción del positrón por Dirac, Carl D. Anderson encontró que las colisiones de los rayos cósmicos producían estas partículas dentro de una cámara de niebla— un detector de partículas donde los electrones o los positrones que se mueven a través de él dejan detrás de ellos trayectorias, marcando su movimiento por el gas. La relación entre la carga eléctrica y la masa de una partícula puede medirse observando las curvas que marcan en su camino por la cámara de niebla dentro de un campo magnético. Originalmente los positrones, debido a que sus trayectorias también se curvaban, fueron confundidos con electrones que viajaban en la dirección opuesta. El antiprotón y el antineutrón fueron encontrados por Emilio Segrè y Owen Chamberlain en 1955 en la universidad de California. Desde entonces se han creado las antipartículas de muchas otras partículas subatómicas en los experimentos con aceleradores de partículas. En años recientes, se han conseguido generar átomos completos de antimateria compuestos por antiprotones y positrones, recolectados en trampas electromagnéticas.

La teoría de huecos

...el desarrollo de la teoría cuántica de campos hizo innecesaria la interpretación de las antipartículas como huecos, incluso aunque desafortunadamente aun persiste en muchos libros de texto.  —  Steven Weinberg en Teoría cuántica de campos, Vol I, p 14, ISBN 0521550017
Las soluciones de la ecuación de Dirac contenían estados cuánticos de energía negativa. Como resultado un electrón siempre podría radiar energía cayendo en un estado de energía negativa. Incluso peor que eso, podría estar radiando una cantidad infinita de energía porque habría disponibles infinitos estados de energía negativa. Para resolver esta situación que iba contra la física, Dirac postuló que un "mar" de electrones de energía negativa llenaban el universo, ya ocupando todos los estados de energía negativa de forma que, debido al principio de exclusión de Pauli ningún otro electrón podría caer en ellos. Sin embargo, a veces, una de estas partículas con energía negativa podría ser elevada desde este mar de Dirac a un nivel de energía mayor para convertirse en una partícula de energía positiva. Pero, cuando era elevada, esta partícula dejaba un hueco detrás en el mar, que actuaría exactamente como un electrón de energía positiva pero con carga contraria. Dirac interpretó estos electrones inversos como protones, y llamó por eso a su artículo de 1930 Una teoría de electrones y protones. Dirac ya era consciente del problema de que esta representación implicaba una carga negativa infinita para el universo, e intentó argumentar que nosotros percibiríamos este estado como el estado normal de carga cero. Otra dificultad que esta teoría encontraba era la diferencia entre las masas del electrón y el protón. Aquí Dirac intentó solucionarlo argumentando que esto se debía a las interacciones electromagnéticas con ese "mar", hasta que Hermann Weyl probó que la teoría de huecos era completamente simétrica entre las cargas negativas y positivas. Dirac también predijo una reacción e- + p+ → γ + γ (en la que el electrón y el protón se aniquilaban para dar dos fotones). Robert Oppenheimer e Igor Tamm probaron que esto causaría que la materia ordinaria desapareciera demasiado deprisa. Un año más tarde, en 1931, Dirac modificó su teoría y postuló el positrón, una partícula nueva de la misma masa que el electrón. El descubrimiento de esa partícula el año siguiente eliminó las dos últimas objeciones a su teoría. Sin embargo permanecía el problema de la carga infinita del universo. También, como ahora sabemos, los bosones (partículas con spin entero) también poseen antipartículas, pero estos no obedecen el principio de exclusión de Pauli, así que la teoría de los huecos no funciona con ellos. La teoría cuántica de campos proporciona una interpretación unificada de las antipartículas, que resuelve ambos problemas.

Aniquilación partícula-antipartícula

Artículo principal: Aniquilación. Aniquilación causando que un kaón neutro se mezcle con el antikaón. Este es un ejemplo de la renormalización en la teoría cuántica de campos— siendo necesaria esta teoría debido a que el número de partículas cambia de una a dos y vuelve a una.]] Si una partícula y su antipartícula se encuentran en los estados cuánticos apropiados, entonces pueden aniquilarse la una a la otra y producir otras partículas. Las reacciones como: e+  +  e-  →  γ  +  γ (aniquilación de un par electrón-positrón en dos fotones) son un ejemplo del proceso. La aniquilación de un par electrón-positrón en un solo fotón: e+  +  e-  →  γ no puede ocurrir porque es imposible que se conserven la energía y el momento a la vez en este proceso. La reacción inversa es también imposible por esta razón. Sin embargo, este fenómeno se observa en la naturaleza; se puede crear un par electrón-positrón a partir de un solo fotón con una energía de al menos la masa de ambas partículas: 1.022 MeV. Lo cierto, es que según la teoría cuántica de campos este proceso está permitido como un estado cuántico intermedio para tiempos suficientemente cortos en los que la violación de la conservación de la energía puede acomodarse al principio de incertidumbre de Heisenberg. Esto abre la vía para la producción de pares virtuales o su aniquilación donde el estado cuántico de una sola partícula puede fluctuar en un estado cuántico de dos partículas y volver a su estado inicial. Estos procesos son importantes en el estado vacío y la renormalización de una teoría cuántica de campos. También abre el camino para una mezcla de partículas neutras a través de procesos como el mostrado aquí, que es un ejemplo complicado de la renormalización de la masa.

Propiedades de las antipartículas

Los estados cuánticos de una partícula y de su antipartícula pueden intercambiarse aplicando la simetría de carga (C), paridad (P), y la simetría temporal (T). Si |p,σ,n> es el estado cuántico de una partícula (n), con momento p, spin J cuyo componente en la dirección z es σ, entonces tendremos ::CPT |p,σ,n>  =  (-1)J-σ |p,-σ,nc>, donde nc es el estado de carga conjugado, es decir, la antipartícula. Este comportamiento bajo CPT es el mismo que establece que una partícula y su antipartícula están en la misma representación irreducible del grupo de Poincare. Las propiedades de las antipartículas pueden relacionarse así con las de las partículas. Si T es una buena simetría de la dinámica, entonces ::T |p,σ,n>  α  |-p,-σ,n> ::CP |p,σ,n>  α  |-p,σ,nc> ::C |p,σ,n>  α  |p,σ,nc>, donde el signo de proporcionalidad indica que podría existir un término de fase en el lado derecho de la ecuación. En otras palabras, la partícula y su antipartícula deben tener:
- la misma masa m
- el mismo estado de spin J
- cargas eléctricas opuestas q y -q.

Teoría Cuántica de Campos

Esta sección utiliza las ideas, el lenguaje y la notación usada en la cuantización canónica de la teoría cuántica de campos. Se puede intentar cuantizar el campo de un electrón sin mezclar los operadores de creación y aniquilación escribiendo: ::ψ(x)  =  ∑k uk(x) ak e-i E(k)t, donde se está usando el símbolo k para denotar los números cuánticos p y σ de las secciones anteriores, el signo de la energía E(k) y ak denota los operadores correspondientes de aniquilación. Por supuesto, como estamos tratando con fermiones, los operadores deberán satisfacer las relaciones canónicas anticonmutativas. Sin embargo, si escribimos el Hamiltoniano ::H  =  ∑k E(k) a+k ak, vemos inmediatamente que el valor esperado de H no necesita ser positivo. Esto ocurre porque E(k) puede tener cualquier signo posible, y la combinación de operadores de creación y de aniquilación tiene valor esperado 1 ó 0. Así pues se debe introducir el campo antipartícula de carga conjugada con sus propios operadores de creación y de aniquilación que satisfagan las siguientes relaciones: ::bk'  =  a+k y b+k'  =  ak donde k' tiene el mismo p, σ y signo de la energía opuestos. Así podemos reescribir el campo en la forma: ::ψ(x)  =  ∑k(+) uk(x) ak e-i E(k)t  +  ∑k(-) uk(x) b+k e-i E(k)t, donde el primer sumatorio se realiza sobre los estados positivos de energía y el segundo sobre los de energía negativa. La energía entonces se transforma en ::H  =  ∑k(+) E(k) a+k ak  +  ∑k(-) |E(k)| b+k bk  +  E0, donde E0 es una constante infinita negativa. El estado vacío se define como el estado que no contiene ninguna partícula ni antipartícula, es decir, ak |0> = 0 y bk |0> = 0. De esta forma la energía del vacío será exactamente E0. Como todas las energías se miden con respecto al vacío, H será definitívamente positiva. Un análisis de las propiedades de ak y de bk muestra que uno es el operador de aniquilación para las partículas y el otro para las antipartículas. Este es el caso de un fermión. Esta aproximación se la debemos a Vladimir Fock, Wendell Furry y Robert Oppenheimer. Si se cuantiza un campo escalar real, entonces se encuentra que solo hay una clase de operador de aniquilación, así pues los campos escalares describen a los bosones neutros. Como los campos escalares complejos admiten dos clases diferentes de operadores de aniquilación, que están relacionados por conjugación, esos campos describen bosones cargados.

La interpretación de Feynman y Stueckelberg

bosones Considerando la propagación hacia atrás en el tiempo de la mitad del campo del electrón que tiene energías positivas, Richard Feynman mostró que se violaba la causalidad a menos que se permitiera que algunas partículas viajarann más rápidas que la luz. Pero si las partículas pudieran viajar más rápido que la luz entonces, desde el punto de vista de otro observador inercial parecería como si estuviera viajando atrás en el tiempo y con carga opuesta. De esta forma Feynman llegó a entender de forma gráfica el hecho de que la partícula y su antipartícula tuvieran la misma masa m y spin J pero cargas opuestas. Esto le permitió reescribir la teoría de perturbaciones de forma precisa en forma de diagramas, llamados diagramas de Feynman, con partículas viajando adelante y atrás en el tiempo. Esta técnica es ahora la más extendida para calcular amplitudes en la teoría cuántica de campos. Este gráfico fue desarrollado de forma independiente por Ernst Stueckelberg, y por eso se ha dado en llamar la interpretación de Feynman y Stueckelberg de las antipartículas.

Ver también


- Antimateria
- Teoría cuántica de campos Categoría:Física nuclear y de partículas ja:反粒子

Antimateria

La Antimateria es materia compuesta de antipartículas de las partículas que constituyen la materia normal. Un átomo de antihidrógeno, por ejemplo, está compuesto de un antiprotón de carga negativa orbitado por un positrón de carga positiva. Si una pareja partícula/antipartícula entra en contacto entre sí, se aniquilan entre sí y producen un estallido de energía, que puede manifestarse en forma de otras partículas, antipartículas o radiación electromagnética. En 1995 se consiguió producir átomos de antihidrógeno, así como nucleos de antideuterio, creados a partir de un antiprotón y un antineutrón, pero no se ha logrado crear antimateria de mayor complejidad. La antimateria se crea en el universo allí donde haya colisiones entre partículas de alta energía, como en el centro de la galaxia, pero aún no se ha detectado ningún tipo de antimateria como residuo del Big Bang (cosa que sí ocurre con la materia normal). La desigual distribución entre la materia y la antimateria en el universo ha sido, durante mucho tiempo, un misterio. La solución más probable reside en cierta asimetría en las propiedades de los mesones-B y sus antipartículas, los anti-mesones-B [http://news.bbc.co.uk/2/hi/science/nature/2159498.stm]. Los positrones y los antiprotones se pueden almacenar en un dispositivo denominado "trampa", que usa una combinación de campos magnéticos y eléctricos para retener las partículas cerca del centro de un vacío. Para la creación de trampas que retengan átomos completos de antihidrógeno hace falta emplear campos magnéticos muy intensos, así como temperaturas muy bajas; las primeras de estas trampas fueron desarrollados por los proyectos ATRAP y ATHENA. El símbolo que se usa para describir una antipartícula es el mismo símbolo para su contrapartida normal, pero con un sobrerrayado. Por ejemplo, un protón por encima: (\bar). Las reacciones entre materia y antimateria tienen aplicaciones prácticas en la medicina, véase la tomografía de emisión de positrones (PET). Véase también el teorema CPT.

La antimateria como combustible

En las colisiones entre materia y antimateria, se convierte toda la masa posible de las partículas en energía. Esta cantidad es mucho mayor que la energía química o incluso la nuclear que puede obtenerse hoy día usando reacciones química o fisión nuclear. La reacción de 1 kg de antimateria con 1 kg de materia produciría 1.8×1017 J de energía (según la ecuación E=mc²). En contraste, quemar un kilogramo de petróleo produce 4.2×107 J, y la fusión nuclear de un kilogramo de hidrógeno produce 2.6×1015 J. La escasez de antimateria significa que no existe una disponibilidad inmediata para ser usada como combustible. Generar un solo antiprotón es inmensamente difícil y requiere aceleradores de partículas, así como vastas cantidades de energía (mucho más de lo que se genera cuando este antiprotón se aniquila), debido a la ineficiencia del proceso. Los métodos conocidos para producir antimateria también producen una cantidad igual de materia normal, de forma que el límite teórico del proceso es que la mitad de la energía suministrada se convierte en antimateria. Inversamente, cuando la antimateria se aniquila con la materia ordinaria, la energía emitida es el doble de la masa de antimateria, de forma que el almacenamiento de energía en forma de antimateria podría ser (en teoría) de una eficiencia del 100%. La producción de antimateria en al actualidad es muy limitada, si bien aumenta en progresión geométrica desde el descubrimiento el primer antiprotón en 1955. La tasa actual de producción de antimateria es entre 1 y 10 nanogramos por años, si bien se espera que se vea muy incrementada con las nuevas instalaciones del CERN y el Fermilab. Con la tecnología actual se considera que se puede obtener antimateria al coste de 25.000 millones de dólares por gramo (más o menos 1000 veces el coste del combustible propulsor de la lanzadera espacial), pero sólo si se optimizan los parámetros de colisión y recogida (y siempre según los costes actuales de generación eléctrica). Los costes de la producción en masa de antimateria están linealmente relacionados con los costes de la electricidad, de forma que es poco probable que se desarrolle el uso de la propulsión usando reacciones puras de materia y antimateria sin la aparición de tecnologías como la fusión de átomos de deuterio. Dado que la densidad de energía es infinitamente mayor que con otras formas de combustible, la ecuación de impulso por peso que se usa en astronáutica sería muy distinta. De hecho, la energía de unos pocos gramos de antimateria sería suficiente para transportar una nave pequeña a la luna. Se espera que la antimateria pueda usarse como combustible para los viajes interplanetarios o, quizá, viajes interestelares, pero también se teme que si la humanidad consigue semejante tecnología, pueda usarse para construir armas de antimateria. El ejemplo de ficción más famoso de este tipo de fuente de energía es en la serie de ciencia ficción, Star Trek, donde su usa la antimateria como fuente de energía común en las naves espaciales.

Historia de la Antimateria

Hasta 1928, en la física ni siquiera como concepto se había desarrollado la idea de antimateria y, mucho menos, la capacidad de producirla. Pero el estadio cambió cuando se empezaron a conocer los estudios del físico británico Paul Dirac. En la práctica, todo comienza con los trabajos de Dirac que publicó en el año 1929, en una época que coincide con los tiempos que se descubrían los primeros secretos de la materia, se teorizaba sobre el comportamiento de las partículas que comportan la fuerza débil, y se profundizaban los estudios de los componentes de los átomos, especialmente en la teorización de lo que se llama fuerza fuerte. Fueron tiempo en que la audacia tuvo una preeminencia como rol intelectual dentro del mundo de la física, en el cual se plantearon conceptos como el de la mecánica ondulatoria, el principio de incertidumbre o, también, el descubrimiento del espín en los electrones. Se dice que fue una de las épocas más exotérica
- de la física, en la cual hubo ejercitantes que concurrieron a simpáticas metáforas para hacer más accesibles sus teorías, como fue el caso del físico austríaco Erwin Schrödinger cuando apeló a la historia de los gatitos para exponer su principio de indeterminación, con el cual describía en síntesis que las partículas más pequeñas tienen un comportamiento que, dentro del razonamiento común, no es el mayormente aceptado por las personas. La descripción anterior, implica ubicar el escenario en el cual Paul Dirac estaba inserto cuando planteó que donde había materia, también podía haber antimateria. Concretamente señaló, que si el átomo tenía partículas de carga negativas llamadas electrones, debía haber partículas que fueran «electrones antimateria», a los que se les llamó positrones y que debían tener la misma masa del electrón, pero de carga opuesta y que se aniquilarían al entrar en contacto, liberando energía. Este descubrimiento de Dirac fue tan revolucionario que lo hizo merecedor del premio Nobel en el año 1933. El siguiente paso se dio en 1932, cuando Carl Anderson, del Instituto Tecnológico de California, en un trabajo de experimentación confirmó la teoría de Dirac al detectar la existencia de un positrón al hacer chocar rayos cósmicos. Pasaron dos décadas para dar otro salto y este vino en 1955, cuando un equipo de la Universidad de Berkeley formado por los físicos Emilio Segre, Owen Chamberlain (ambos ganadores del Nobel de física de 1959), Clyde Weingand y Tom Ypsilantis lograron hallar el primer antiprotón, o sea, la primera partícula especular del protón que es la partícula de carga positiva del átomo. Un año después, con el uso de las mismas instalaciones, otro equipo, formado por Bruce Cork, Oreste Piccione, William Wenzel y Glen Lambertson ubicaron el primer antineutrón, el equivalente a la partícula de carga neutra de los átomos. La carrera por las tres antipartículas básicas - equivalentes a la neutra, la negativa y la positiva - estaba terminada. Otro paso lo dieron los soviéticos, que por el año 1965 contaban con el acelerador de partículas más poderoso de los existentes en esos momentos. En un trabajo encabezado por el físico León Lederma, los soviéticos lograron detectar la primera partícula compleja de antimateria, el antineutrino, formado por dos partículas básicas. Posteriormente, usándose el mismo acelerador se detectó el antihelio. Con la inauguración, en 1978, de las instalaciones europeas del Centro de Investigación de Alta Energía (CERN) de Ginebra, y los avances tecnológicos que ello implicó, se pudo lograr crear antitritio y, en 1981, realizar el primer choque controlado entre materia y antimateria, con lo que comprobaron una hipótesis valiosa: la cantidad de energía liberada por el mismo choque era enorme, mil veces superior a la energía nuclear convencional. Pero para la receta para generar antiátomos faltaba un ingrediente que permitiera la combinación de antipartículas para poder producirlo, lo que precisamente faltaba era una fórmula para conseguirlo. La dificultad radicaba en la velocidad con que se producen las partículas de antimateria y sus violentas colisiones. Era necesario contar con una fórmula que permitiera desacelerarlas o igualar su velocidad para unirlas, interrogante que fue respondida, en parte, por los trabajos del profesor de física de la Universidad de Stanford Stan Brodsky y por el ingeniero físico chileno Iván Schmidt, de la Universidad Técnica Federico Santa María. En 1992, Brodsky y Schmidt publicaron sus trabajos de complejos cálculos en los cuales sugerían la fórmula de un método para producir antiátomos, o sea, como poder unir antielectrones y antiprotones. Pero también se requería capacidad de experimentación. A ellos llegó Charles Munger, quién formó su propio equipo en Chicago para realizar los experimentos. Pero las publicaciones nortearnericanas-chilenas también llamaron la atención de físicos europeos del CERN donde se formó un equipo multinacional encabezado por Walter Oelert con el objetivo de experimentar en la creación de un antiátomo. En la práctica, con ello, se dio una competencia científico-mundial para alcanzar este logro. El 4 de enero de 1996, los científicos del CERN anunciaron el éxito de haber obtenido en un proceso de experimentación, no uno, sino nueve antiátomos de hidrógeno. No se trata de partículas fundamentales o de pequeñas combinaciones, se trata - en propiedad - de lo que se puede mencionar como átomos de antihidrógeno. El método propuesto por la pareja Brodsky y Schmidt consistió, básicamente, en hacer chocar un haz de antiprotones con un gas y, en cuyo proceso, se producirían pares de electrón-positrón; luego, de esos positrones, una pequeña fracción viajaría casi a la misma velocidad de los antiprotones, lo que implicaría que los positrones sean capturados por un antiprotón, lo que haría que ambas antipartículas se combinaran para formar un antiátomo. Los antiprotones rompen los núcleos del xenón y crean algunos pares de electrón y positrón(2). Una fracción de estos pares es capturada por los antiprotones, alrededor de los cuales pasan a orbitar; se crean átomos de anti-hidrógeno(3). Como estos átomos son eléctricamente neutros, el campo magmético del acelerador no los desvía y continúan una trayectoria recta que los lleva a atravesar a gran velocidad una fina barrera de silicio(4). Mientras que el antiprotón continúa su camino, el positrón choca contra el electrón(6) con lo que ambas partículas se aniquilan. Ahora, el experimento que hizo el CERN consistió en la elección del hidrógeno como elemento de trabajo porque es el más simple y abundante de todos los que conforman el universo. Con apenas dos componentes - uno positivo y otro negativo - era lo más sencillo. El acelerador LEAR, con el cual se realizó el experimento, disparó un chorro de antiprotones a través de una fina nube de gas xenón. Los antiprotones rompieron los núcleos del xenón y crearon algunos pares de electro-positrón. Una fracción de estos pares fue capturada por los antiprotones, lo que implicó que empezaran a orbitar alrededor de ellos; entonces se crearon antiátomos de hidrógeno. Como estos antiátomos son neutros, el campo magnético del acelerador no los desvía y continuarán una trayectoria recta que los lleva a atravesar a gran velocidad una barrera de silicio. Mientras tanto el antiprotón continúa su camino, el positrón choca contra el electrón aniquilándose ambos. El resultado es una emisión de rayos gamma que choca contra la barrera de silicio y delata lo que ocurrió. Uno de los problemas interesantes para desarrollar el proceso fue el de poder establecer como poder atrapar la antimateria. Una de las dificultades era la de evitar que la antimateria explotara al tomar contacto con la materia. La solución a la cual se llegó, en los trabajos realizados por el CERN, fue la de usar un envase diseñado por el Laboratorio Nacional de Los Álamos de EE.UU.. Este tipo de envase consiste en mantener a la partícula de antimateria en forma estable por medio de campos eléctricos y magnéticos. Un ciclotrón puede frenar a un antiprotón de modo que pueda ser capturado, detenido y paralizado con campos magnéticos. Una vez quieto, el antiprotón es introducido en un envase que comporta un vacío interior para evitar choques con átomos de aire y el magnetismo impide que el antiprotón toque sus paredes, detonando una explosión de rayos gamma. En el proceso se detectaron once choques contra la barrera, de éstos, nueve son considerados indudablemente causados por la aparición de antiátomos de hidrógeno; sobre los otros dos hay dudas. El antiátomo de hidrógeno producido, sólo dura 10 segundo antes de encontrar materia a su paso y desaparecer y, fue por eso, que Brodsky y Schmidt propusieron en sus trabajos la creación de un campo magnético para poder detectar los antiátomos en medio de todas las partículas que se generan en el proceso. Las partículas - que tienen cargas positivas o negativas - comportarán una órbita curva, pero el antiátomo (cuya carga total es neutra) no será afectado por el campo magnético y saldrá en línea recta. El antihidrógeno es el estado más simple del límite atómico de la antimateria y, hasta el anuncio efectuado por el CERN en enero de 1996, nunca antes se había observado experimentalmente. Se logró sintetizar un átomo de antimateria desde sus antipartículas comitentes. El átomo de hidrógeno ha sido uno de los sistemas físicos más importantes para una variedad amplia de medidas fundamentales relativas al comportamiento de la materia ordinaria. La producción de antihidrógeno abre las puertas para una investigación sistemática de las propiedades de la antimateria y la posibilidad única de comprobar principios físicos fundamentales. En la cosmología podemos prever que a futuro se podrán contar con tecnologías que permitan investigar con más y mejor precisión la estructura del universo y, por ende, las características y fuentes de emisión de antimateria en él. Para ello en particular, la NASA ha desarrollado un proyecto para instalar en la estación espacial Alpha, en el año 2002, un detector de antipartículas que se la ha denominado Espectrómetro Alfa Magnético (AMS). El instrumento está diseñado para detectar antimateria atómica (hasta ahora solamente se han observado antipartículas) entre las partículas de los rayos cósmicos, que a la velocidad de la luz bombardean intensamente la Tierra. La mayor parte de ellas provienen del Sol y también de remanentes de estrellas que han explosionado en nuestra galaxia, pero la detección de las más energéticas se ha conseguido en lugares ubicados próximos al centro de la Vía Láctea y de fuentes lejanas de ésta. En consecuencia, serán estos últimas los blancos focalizado para ejecutar los procesos de detección de antimateria atómica espacial. Pero no sólo para el campo de la investigación en física la producción de antimateria tiene ribetes de excepción, si no que también en otros campos de la ciencia podría tener aplicaciones inmensas como el aerospacial, o como ya se ha demostrado en la medicina, etc.... Podemos soñar con energía ilimitada y barata; motores para naves interestelares que podrían desarrollar velocidades a más de un tercio la de la luz; mayor intensidad en la exploración del espacio y, por supuesto, muchas otras cosas más que, por ahora, podrían ser consideradas pura ciencia ficción. Al momento de escribirse estas líneas, solamente se han desarrollado en laboratorio diecinueve antiátomos de hidrógeno y el equipo de norteamericanos encabezados por Charles Munger proyecta a futuro, lograr unos cien. Lo anterior, no significa que se podrá contar en el corto plazo con reactores de materia-antimateria, o que pronto se podrán unir antiátomos para crear antimoléculas y, luego, anticosas. Por ahora, es mejor considerarlo como ficción. Consideremos que para poder contar con un supercumbustible de antimateria para viajes espaciales, hay todavía que pasar una multiplicidad de obstáculos. El primero es encontrar un método para crear antiátomos en reposo, en vez de alta velocidades, para que no desaparezcan al chocar con la materia. Luego, habría que producir 1020 de estos, por lo menos. Lograrlo, no es imposible, pero por ahora debe ser considerado a un largo plazo. En cuanto a las "anticosas", es mejor adherirse a la idea de que nunca se puedan concretar. Se escogió hacer un antiátomo de hidrógeno porque este es el más simple de todos. Pero para producir moléculas de antiátomos, sería necesario crear antiátomos más complejos, y luego unirlos, lo que teóricamente es factible, pero de ahí a la práctica es casi invisualizable.

Véase también


- Ambiplasma
- Armas de antimateria

Enlaces externos


- [http://www.fnal.gov/ Fermi National Accelerator Laboratory (Fermilab)]—Centro de investigación de Antimateria (entre otras -- en inglés).
- [http://www.cern.ch/ Laboratorio Europeo de Física de Partículas (CERN)]—Centro internacional de investigación de física de partículas (en inglés y francés)
- [http://www.sfgate.com/cgi-bin/article.cgi?file=/c/a/2004/10/04/MNGM393GPK1.DTL Creación de armas de antimateria por la USAF] (en inglés) Categoría:Física nuclear y de partículas Categoría:Recursos de la ciencia ficción ja:反物質



Electrón

El electrón (Del griego elektron, ámbar), comunmente representado como e−) es una partícula subatómica. En un átomo los electrones rodean el núcleo, compuesto de protones y neutrones. Los electrones tienen la carga eléctrica más pequeña, y su movimiento genera corriente eléctrica. Dado que los electrones de las capas más externas de un átomo definen las atracciones con otros átomos, éstas partículas juegan un papel primordial en la química.

Historia y descubrimiento del electrón

La existencia del electrón fue postulada por G. Johnstone Stoney, como una unidad de carga en el campo de la electroquímica. El electrón fue descubierto por Thomson en 1897 en el Laboratorio Cavendish de la Universidad de Cambridge, mientras estudiaba el comportamiento de los rayos catódicos. Influenciado por el trabajo de Maxwell y el descubrimiento de los rayos X, dedujo que en el tubo de rayos catódicos existían unas partículas con carga negativa que denominó corpúsculos. Aunque Stoney había propuesto la existencia del electrón fue Thomson quién descubrió su carácter de partícula fundamental. Para confirmar la existencia del electrón era necesario medir sus propiedades, en particular su carga eléctrica. Este objetivo fue alcanzado por Millikan en el célebre experimento de la gota de aceite realizado en 1909. George Paget Thomson, hijo de J.J. Thomson, demostró la naturaleza ondulatoria del electrón probando la dualidad onda-corpúsculo postulada por la mecánica cuántica. Este descubrimento le valió el Premio Nobel de Física de 1937. El spin del electrón se observó por vez primera en el experimento de Stern-Gerlach. Su carga eléctrica puede medirse directamente con un electrómetro, y la corriente generada por su movimiento con un galvanómetro.

Los electrones y la práctica

Clasificación de los electrones

El electrón en un tipo de partícula subatómica denominada leptón, que se cree que es una de las partículas fundamentales (es decir, que no puede ser dividida en constituyentes más pequeños) de acuerdo con el modelo estándar de partículas. Como toda partícula subatómica la mecánica cuántica predice un comportamiento ondulatorio de los electrones en ciertos casos, el más famoso de los cuales es el experimento de Young de la doble rendija en el que se pueden hacer interferir ondas de electrones. Esta propiedad se denomina dualidad onda-corpúsculo.

Propiedades y comportamiento de los electrones

El electrón tiene una carga eléctrica negativa de −1.6 × 10−19 culombios y una masa de 9.10 × 10−31 kg (0.51 MeV/c²), que es aproximadamente 1800 veces menor que la masa del protón. El electrón tiene un spin 1/2, lo que implica que es un fermión, es decir, que se le puede aplicar la estadística de Fermi-Dirac. Aunque la mayoría de los electrones se encuentran formando parte de los átomos, los hay que se desplazan indepentiendemente por la materia o juntos formando un haz de electrones en el vacío. En algunos superconductores los electrones se mueven en pareja. Cuando los electrones que no forman parte de la estructura del átomo se desplazan y hay un flujo neto de ellos en una dirección, este flujo se llama corriente eléctrica. La electricidad estática no es un flujo de electrones. Es mas correcto definirla como "carga estática", y está causada por un cuerpo cuyos átomos tienen más o menos electrones de los necesarios para equilibrar las cargas positivas de los núcleos de sus átomos. Cuando hay un exceso de electrones, se dice que el cuerpo está cargado negativamente. Cuando hay menos electrones que protones el cuerpo está cargado positivamente. Si el número total de protones y electrones es equivalente, el cuerpo está en un estado eléctricamente neutro. Los electrones y los positrones pueden aniquilarse mutuamente produciendo un fotón. De manera inversa, un fotón de alta energía puede transformarse en un electrón y un positrón. El electrón es una partícula elemental, lo que significa que no tiene una subestructura (al menos los experimentos no la han podido encontrar). Por ello suele representarse como un punto, es decir, sin extensión espacial. Sin embargo, en las cercanías de un electron pueden medirse variaciones en su masa y su carga. Esto es un efecto común a todas las partículas elementales: la partícula influye en las fluctuaciones del vacío en su vecindad, de forma que las propiedades observadas desde mayor distancia son la suma de las propiedades de la partícula más las causadas por el efecto del vacío que la rodea. Hay una constante física llamada radio clásico del electrón, con un valor de 2.8179 × 10−15 metros. Es preciso tener en cuenta que éste es el radio que se puede inferir a partir de la carga del electrón descrito desde el punto de vista de la electrodinámica clásica, no de la mecánica cuántica. Por esta constante se refiere a un concepto desfasado, aunque útil para algunos cálculos.

Electrones en el Universo

Se cree que el número total de electrones que cabrían en el universo conocido es del orden de 10130.

Electrones en la vida cotidiana

La corriente eléctrica que suministra energía a nuestros hogares está originada por electrones en movimiento. El tubo de rayos catódicos de un televisor se basa en un haz de electrones en el vacío desviado mediante campos magnéticos que impacta en una pantalla fosforescente. Los semiconductores utilizados en dispositivos tales como los transistores Más información en: Electricidad

Electrones en la industria

Los haces de electrones se utilizan en soldaduras.

Electrones en el laboratorio

El microscopio electrónico, que utiliza haces de electrones en lugar de fotones, permite ampliar hasta 500.000 veces los objetos. Los efectos cuánticos del electron son la base del microscopio de efecto túnel, que permite estudiar la materia a escala atómica.

Los electrones y la teoría

En la mecánica cuántica, el electron es descrito por la ecuación de Fermi-Dirac. En el modelo estándar de la física de partículas forma un doblete con el neutrino, dado que ambos interacciónan de forma débil. El electrón tiene dos patrones masivos adicionales, el muón y el tauón. El equivalente al electron en la antimateria, su antipartícula, es el positrón, que tiene la mísma cantidad de carga eléctrica que el electrón pero positiva. El spin y la masa son iguales en el electrón y el positrón. Cuando un electrón y un positrón colisionan, tiene lugar la aniquilación mutua, originándose dos fotones de rayos gamma con una energía de 0,500 Mev cada uno. Los electrones son un elemento clave en el electromagnetismo, una teoría que es adecuada desde un punto de vista clásico, aplicable a sistemas macroscópicos.

Véase también


- Física de Partículas
- Modelo estándar
- Partícula subatómica
- Protón
- Neutrón
- Rayos catódicos

Enlaces relacionados


- [http://pdg.lbl.gov/ Particle Data Group] Categoría:Física nuclear y de partículas ja:電子 ko:전자 simple:Electron th:อิเล็กตรอน

Protón

En física, el protón (griego proton = primero) es una partícula subatómica con una carga eléctrica de una unidad fundamental positiva (1,602 x 10-19 culombios) y una masa de 938,3 MeV/c² (1,6726 x 10-27 kg), o, del mismo modo, unas 1836 veces la masa de un electrón. Experimentalmente se observa el protón como estable, con un límite inferior en su vida media de unos 1035 años, aunque algunas teorías predicen que el protón puede desintegrarse. El protón y el neutrón, en conjunto, se conocen como nucleones, ya que conforman el núcleo de los átomos. El núcleo del isótopo más común del átomo de hidrógeno (también el átomo estable más simple posible) es un único protón. Los núcleos de otros átomos están compuestos de nucleones unidos por la fuerza nuclear fuerte. El número de protones en el núcleo determina las propiedades químicas del átomo y qué elemento químico es. Los protones están clasificados como bariones y se componen de dos quarks arriba y un quark abajo, los cuales también están unidos por la fuerza nuclear fuerte, mediados por gluones. El equivalente en antimateria del protón es el antiprotón, el cual tiene la misma magnitud de carga que el protón pero de signo contrario. Debido a que la fuerza electromagnética es muchos órdenes de magnitud más fuerte que la fuerza gravitatoria, la carga del protón debe ser opuesta e igual (en valor absoluto) a la carga del electrón; en caso contrario, la repulsión neta de tener un exceso de carga positiva o negativa causaría un efecto expansivo sensible en el universo, y, asimismo, en cualquier cúmulo de materia (planetas, estrellas, etc.) En química y bioquímica, el término protón puede referirse al ion de hidrógeno, H+. En este contexto, un emisor de protones es un ácido, y un receptor de protones una base.

Historia

El protón fue descubierto en 1918 por Ernest Rutherford. Éste descubrió que si bombardeaba gas nitrógeno con partículas alfa, sus detectores de centelleo mostraban datos de núcleos de hidrógeno. Rutherford determinó que el único lugar del cual este hidrógeno pudo haber venido era del nitrógeno, y, consecuentemente, el nitrógeno debe contener núcleos de hidrógeno. Asimismo, él sugerió que el núcleo de hidrógeno, del cual se sabía que debía tener 1 como número atómico, era una partícula elemental. Lo llamó protón.

Aplicaciones tecnológicas

Los protones pueden existir en estados spin. Esta propiedad se aprovecha en la espectroscopía de resonancia magnética nuclear. En espectroscopía RMN, a una sustancia se le aplica un campo magnético para detectar la corteza alrededor de los protones en los núcleos de esta sustancia, que proporcionan las nubes de electrones colindantes. Se puede usar posteriormente esta información para reconstruir la estructura molecular de una molécula bajo estudio.

Antiprotón

El antiprotón es la antipartícula del protón. Fue descubierto en el año 1955 por Emilio Segre y Owen Chamberlain, por lo cual les fue concedido el Premio Nobel de Física en 1959.

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- Física de partículas -------- Protón es también un lanzador (cohete) ruso, fue el encargado de poner en órbita el primer módulo de la Estación Espacial Internacional (ISS) Categoría:Física nuclear y de partículas ja:陽子 ko:양성자 ms:Proton th:โปรตอน

Categoría:Física nuclear y de partículas

Artículos principales: Física nuclear | Física de partículas Categoría:Física DIFERENCIAS LEPTON - QUARK Sólo hay tres fuerzas fundamentales : gravitón-neutra/oscura-antigravitón (que como los quarks no están aislados) y sus derivados leptones correspondientes: electrón - neutrino - positrón. Sólo hay 3 quarks fundamentales que forman un neutrón (que es una partícula completa y equilibrada). Solo hay 3 cargas eléctricas con sus tres colores fundamentales; lo demás son derivados...como los colores. La fuerza débil y fuerte son derivadas o modos de la misma fuerza global neutra/neutrónica o neutrínica que regula la interacción entre las cargas positivas y negativas del átomo, dando estabilidad al núcleo y al núcleo respecto a los electrónes orbitantes del átomo. De tal modo une y separa las cargas positivas y negativas. Si se trata de unir actúa su aspecto fuerte y si se trata de unir menos-separar actua la débil; hasta el punto incluso de producir radiactividad... Los neutrones son los depositarios de la fuerza fuerte, pero también son los que contienen la débil porque esta se manifiesta en la radiación beta. Lo cual es congruente, puesto que un neutrón contiene al positrón y al electrón que junto a su gran masa neutra hacen viable que las dos cargas antagónicas coexistan neutralizadamente sin destruirse. Es pues claro que la fuerza débil y fuerte son expresiones de la fuerza neutra fundamental. Fuerza neutra que en el big-bang regula el grado de expansión del universo actuando sobre la gravedad y antigravedad. La diferencia entre Quarks y leptones consite en que los quarks son monopolos o partículas simples; es por ello que no existen aislados. Por el contrario los leptones como no son monopolos electromagnéticos ni simples pueden existir aislados. Son pues compuestos derivados de las tres fuerzas fundamentales. Los quarks no están aislados, nunca se encuentran ni uno ni dos sino los tres fundamentales siempre juntos. Los quarks fundamentales son: verde, rojo y azul y representan a las tres fuerzas y/o cargas fundamentales. Un electrón: Tiene 3 fuerzas, pero neutralizada la carga positiva por medio de la neutra/energía oscura. De tal modo parece un mono polo, pero no lo es. Un positrón: Tiene 3 fuerzas, pero neutralizada la carga negativa por medio de la neutra/energía oscura. De tal modo parece un mono polo, pero no lo es. Un neutrino: Tiene 3 fuerzas, pero neutralizada la carga positiva y negativa por medio de la neutra/energía oscura. De tal modo parece un mono polo, pero no lo es. Nota: Aclaración sobre el Giro de las Partículas. Imagina dos corrientes de agua de sentido opuesto (diferencia de potencial) que tangencialmente interacionan, eso ocasiona un remolino... Lo mismo ocurre con la gravedad y antigravedad; siendo la energía oscura la que regula el grado y sentido de la interacción... eso ocasiona un giro que es un producto disipado de tal interacción; que además retroalimentará el sistema para vencer la entropía.

Agaricales

Bedłkowce (pieczarkowce) (Agaricales) - rząd grzybów podstawczaków. Obejmuje grzyby wytwarzające owocniki zróżnicowane na trzon i kapelusz. Warstwa rodzajna znajduje się na dolnej stronie kapelusza i powleka charakterystyczny dla tej grupy blaszkowaty hymenofor. Młody owocnik jest najczęściej jajowaty i zamknięty całkowicie w błoniastej lub skórzanej osłonce (tzw. osłona zupełna). W miarę wzrostu owocnika osłona pęka i najczęściej znika. Czasem jednak resztki jej pozostają u nasady tzrona albo tworzą białe cętki na powierzchni kapelusza. Bedłkowce są przeważnie roztoczami żyjącymi w lasach, spotyka się jednak również gatunki rosnące na otwartych przestrzeniach (łąki, torfowiska, pola). Liczne gatunki współżyją z roślinami kwiatowymi, tworząc z ich korzeniami mikoryzę. Kilka gatunków z tego rzędu są pasożytami drzew (np. opieńka miodowa). Do rzędu należy 16 rodzin w tym m.in. :
- gąskowate (Tricholomataceae)
- wieruszkowate (Entolomataceae)
- zasłonakowate (Cortinariaceae)
- muchomorowate (Amanitaceae)
- pieczarkowate (Agaricaceae)
- wodnichowate (Hygrophoraceae)
- czernidłakowate (Coprinaceae)
- łuskowcowate (Pluteaceae)
- pierścieniakowate (Strophariaceae)
- boczniakowate (Pleurotaceae)
- gnojankowate (Bolbitiaceae)
- krowiakowate (Paxillaceae)
- klejówkowate (Gomphidiaceae) Kategoria:Grzyby ko:주름버섯목 ja:ハラタケ目

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Музга
Музга е село в Северна България. То се намира в община Габрово, Габровска област.