Antimateria y-antiparticulas luis solis

ANTIMATERIA Y ANTIPARTICULAS

1. ANTIMATERIA Y ANTIPARTICULAS Por: Solis huete Luis

2. Antipartículas Una antipartícula es otra partícula que tiene casi todo igual a las partículas (masa y otros atributos), excepto su carga. La carga eléctrica de las antipartículas tienen signo opuesto al de la carga de las partículas. Electrón Protón Neutrón Positrón Antiprotón Antineutrón

3. Partícula elemental Las partículas elementales son los constituyentes elementales de la materia; más precisamente son partículas que no están constituidas por partículas más pequeñas ni se conoce que tengan estructura interna. Modelo estándar de partículas elementales.

4. Fermión Es uno de los dos tipos básicos de partículas elementales que existen en la naturaleza (el otro tipo es el bosón). Los fermiones se caracterizan por tener espín semi-entero (1/2, 3/2, ...). En el modelo estándar existen dos tipos de fermiones fundamentales, los quarks y los leptones. Nombre y carga eléctrica de los componentes de la materia.

5. Quarks En física de partículas, los cuarks o quarks son los fermiones elementales masivos que interactúan fuertemente formando la materia nuclear y ciertos tipos de partículas llamadas hadrones. Junto con los leptones, son los constituyentes fundamentales de la materia bariónico. Los cuarks son las únicas partículas fundamentales que interactúan con las cuatro fuerzas fundamentales. Son partículas de espín 1/2, y son fermiones de Dirac por lo que sus correspondientes antipartículas existen. Un neutrón, compuesto por dos quark abajo (d) y un quark arriba (u).

6. Tipos de quark Quark up Quark down Quark strange Familia Fermión Antipartícula Antiquark up ( ) Masa 1,7-3,1 MeV /c2 Carga eléctrica +2/3 e Espín 1/2 Familia Fermión Antipartícula Masa 1,7-3,1 MeV /c2 Carga eléctrica +2/3 e Espín 1/2 Familia Fermión Antipartícula Antiquark down ( ) Masa 4 - 8 MeV/c2 Carga eléctrica -1/3 e Espín ½ Familia Fermión Antipartícula Masa 4 - 8 MeV/c2 Carga eléctrica -1/3 e Espín Familia Fermión Antipartícula Antiquark strange ( ) Masa 80 - 130 MeV/c2 Carga eléctrica -1/3 e Espín ½ Familia Fermión Antipartícula Masa 80 - 130 MeV/c2 Carga eléctrica -1/3 e Espín

7. Quark charm Quark bottom Quark top Familia Fermión Antipartícula Antiquark charm ( ) Masa 1.150 - 1.350 MeV /c2 Carga eléctrica +2/3 e Espín ½ Familia Fermión Antipartícula Masa 1.150 - 1.350 MeV /c2 Carga eléctrica +2/3 e Espín Familia Fermión Antipartícula Antiquark bottom ( ) Masa 4.19 GeV/c2 Carga eléctrica -1/3 e Espín ½ Familia Fermión Antipartícula Masa 4.19 GeV/c2 Carga eléctrica -1/3 e Espín Familia Fermión Antipartícula Antiquark top ( ) Masa 173,34 ± 0,76 GeV/c2 Carga eléctrica +2/3 e Espín ½ Familia Fermión Antipartícula Masa 173,34 ± 0,76 GeV/c2 Carga eléctrica +2/3 e Espín ½

8. Quark / Antiquark Símbolo Carga (e) Numero bariónico Extrañeza Up u +2/3 -2/3 1/3 -1/3 Down d -1/3 +1/3 1/3 -1/3 Charm c +2/3 -2/3 1/3 -1/3 Strange s -1/3 +1/3 1/3 -1/3 -1 1 Top t +2/3 -2/3 1/3 -1/3 Bottom b -1/3 +1/3 1/3 -1/3 Quark / Antiquark Símbolo Carga (e) Numero bariónico Extrañeza Up u +2/3 -2/3 1/3 -1/3 Down d -1/3 +1/3 1/3 -1/3 Charm c +2/3 -2/3 1/3 -1/3 Strange s -1/3 +1/3 1/3 -1/3 -1 1 Top t +2/3 -2/3 1/3 -1/3 Bottom b -1/3 +1/3 1/3 -1/3

9. Leptones Los leptones forman parte de una familia de partículas elementales conocida como la familia de los fermiones, al igual que los quarks. Un leptón es un fermión fundamental sin carga hadrónica o de color. Existen seis leptones y sus correspondientes antipartículas: el electrón, el muon, el tau y tres neutrinos asociados a cada uno de ellos.

10. Propiedades de los leptones Hay tres sabores conocidos de leptones: el electrón, el muon y el leptón tau . Cada sabor está representado por un par de partículas llamadas doblete débil. Todas, es decir las seis partículas, tienen su correspondiente antipartícula (como el positrón o el antineutrino electrónico ). Todos los leptones cargados conocidos tienen una sencilla unidad de carga eléctrica (que depende de si son partículas o antipartículas) y todos los neutrinos y antineutrinos tienen carga eléctrica cero . Los leptones cargados tienen dos estados de espín posibles, mientras que en los neutrinos se observa una sola helicidad (todos los neutrinos son levógiros y todos los antineutrinos son dextrógiros.

11. Tabla de leptones Nombre Símbolo Carga (e) Masa( MeV /c 2 ) Electrón/ Positrón -1 +1 0.511 0.511 Muon/ Antimuon -1 +1 105.7 105.7 Tau/ Antitau -1 [phone] Neutrino electrónico/ Electrón antineutrino < 0.0000022 < 0.0000022 Neutrino muonico/ Muon antineutrino < 0.17 < 0.17 Tau neutrino/ Tau antineutrino < 15.5 < 15.5 Nombre Símbolo Carga (e) Masa( MeV /c 2 ) Electrón/ Positrón -1 +1 0.511 0.511 Muon/ Antimuon -1 +1 105.7 105.7 Tau/ Antitau -1 [phone] Neutrino electrónico/ Electrón antineutrino < 0.0000022 < 0.0000022 Neutrino muonico/ Muon antineutrino < 0.17 < 0.17 Tau neutrino/ Tau antineutrino < 15.5 < 15.5

12. Bosón En física de partículas, un bosón es una partícula elemental con espín cero, es decir, una partícula que obedece a la estadística de Bose – Einstein (estadística cuántica), de la cual deriva su nombre. Los bosones son importantes para el modelo estándar de las partículas.

13. Bosón de Higgs El bosón de Higgs o partícula de Higgs es un tipo de partícula elemental que se cree tiene un papel fundamental en el mecanismo por el que se origina la masa en el Universo. Una traza hipotética del bosón de Higgs en una colisión simulada de  protón – protón.

14. ¿Por qué es tan importante el bosón de Higgs? Porque es la única partícula predicha por el Modelo Estándar de Física de partículas que aun no ha sido descubierta. El modelo estándar describe perfectamente las partículas elementales y sus interacciones , pero queda una parte importante por confirmar, precisamente la que da respuesta al origen de la masa. Sin masa, el Universo sería un lugar muy diferente. Si el electrón no tuviera masa no habría átomos, con lo cual no existiría la materia como la conocemos, por lo que tampoco habría química, ni biología ni existiríamos nosotros mismos.

15. Partículas Elementales Materia Portadores de Fuerza Quarks Leptones Complementariedad Quark - Leptón Hadrones Moléculas Mesones Bariones Núcleo Átomos Gluones Bosones W y Z Fotones Gravitones Fuerte Cromodinamica cuántica Débil Electromagnetismo Electrodinámica cuántica Teoría electrodébil Gran Teoría Unificada Teoría del Todo Gravedad

16. Positrón El positrón o antielectrón es una partícula elemental, antipartícula del electrón. Posee la misma cantidad de masa y espín; sin embargo esta es positiva. Clasificación Partículas elementales Familia Fermión Grupo Leptón Teorizada Paul Dirac (1928) Descubierta Carl David Anderson (1932) Masa 9,10938215 × kg 1/1822,88849 uma Carga eléctrica +1,602176487 × C Momento magnético −1.00115965218111 μ B Espín ± 1/2 Clasificación Partículas elementales Familia Fermión Grupo Leptón Teorizada Paul Dirac (1928) Descubierta Carl David Anderson (1932) Masa Carga eléctrica Momento magnético −1.00115965218111 μ B Espín ± 1/2

17. Descubrimiento 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.

18. En 1932, Carl Anderson, físico del Instituto de Tecnología de California, detecto realmente al antielectrón (positrón) Positrón

19. Uso de los positrones Tomografía por emisión de positrones La tomografía por emisión de positrones o PET es una tecnología sanitaria propia de una especialidad medica llamada medición nuclear. Esquema del proceso de captura de la PET

20. Antiprotón El antiprotón ( símbolo ) es la antipartícula del protón. Los antiprotones son estables pero de vida muy corta. Un antiprotón se compone de dos antiquarks arriba y un antiquark abajo ( ).   Estructura de quarks de un antiprotón

21. Clasificación Antibarión Familia Fermión Grupo Hadrón Teorizada Paul Dirac Descubierta Emilio Segré & Owen Chamberlain (1955) Masa 1,672 621 637(83)× kg 938,272 013(23) MeV/ Carga eléctrica -1,602 176 487 × C Espín 1⁄2 Clasificación Antibarión Familia Fermión Grupo Hadrón Teorizada Paul Dirac Descubierta Emilio Segré & Owen Chamberlain (1955) Masa Carga eléctrica Espín 1⁄2

22. Descubrimiento El descubrimiento del antiprotón fue publicado el 1 de noviembre de 1955 en Physical Review Letters .Owen Chamberlain, Emilio Segrè, Clyde Wiegand y Thomas Ypsilantis, miembros del Laboratorio de Radiación de la Universidad de California en Berkeley, observaron una nueva partícula subatómica, idéntica al protón, pero con carga eléctrica negativa en lugar de positiva. Utilizaron el recién inaugurado Bevatrón, entonces el acelerador de partículas más potente del mundo, capaz de acelerar protones hasta energías de unos 6,5 GeV. La observación de un antiprotón requería crear un par protón-antiprotón, es decir, una energía superior al doble de su masa, unos 2 GeV. En el Bevatrón se decidió hacer incidir un haz de protones de 6,5 GeV en un blanco de neutrones estacionario. Descubrimiento del antiprotón

23. Uso de los antiprotones El uso de los antiprotones en forma de proyectiles dirigidos a lugares específicos del cuerpo (tumores) haría que, al aniquilarse en su destino, con cargas positivas allí existentes, se originasen rayos gamma y piones que saldrían del cuerpo, se detectarían y producirían las correspondientes imágenes precisas. La energía liberada podría usarse para destruir el tumor.

24. Antineutrón El antineutrón es la antipartícula del neutrón y su símbolo es . Un antineutrón tienen la misma masa que un neutrón, y ninguna carga eléctrica neta pero tiene un numero bariónico opuesto (+1 para el neutrón, -1 para el antineutrón).   Estructura de quarks de un antineutrón

25. Clasificación Antibarión Composición 1 antiquark up, 2 antiquarks down Familia Fermión Grupo Hadrón Descubierto Bruce Cork (1956) Masa 939,565 560(81) MeV / Carga eléctrica Momento magnético +1.91 µN Espín 1⁄2 Clasificación Antibarión Composición 1 antiquark up, 2 antiquarks down Familia Fermión Grupo Hadrón Descubierto Bruce Cork (1956) Masa Carga eléctrica Momento magnético +1.91 µN Espín 1⁄2

26. Aniquilación partícula – antipartícula Si una partícula y su antipartícula se encuentran en los estados cuánticos apropiados, entonces pueden aniquilarse la una a la otra y producir energía u otras partículas.

27. Aniquilación positrón - electrón La reacción e+ + e- → γ + γ se conoce como aniquilación positrón-electrón. Consiste en la conversión total de la masa de un electrón y un positrón en energía, es la forma más observada de aniquilación partícula-antipartícula. Esquema de una aniquilación electrón – positrón

28. Cantidad de energía que produce una aniquilación partícula - antipartícula La aniquilación de una partícula con una antipartícula genera gran cantidad de energía según la ecuación de Einstein E=mc² La energía generada por kilo (9×1016 J/kg), es unas diez mil millones de veces mayor que la generada por reacciones químicas y diez mil veces mayor que la energía nuclear de fisión . Por ejemplo, se estima que sólo serían necesarios 10 miligramos de antimateria para propulsar una nave a Marte.

29. Antihidrogeno Es el átomo de antimateria equivalente al hidrogeno común. Esta formado por un antiprotón y un positrón, por lo que tiene las mismas propiedades, pero con las cargas eléctricas invertidas. Un Antihidrogeno esta formado por un antiprotón y un positrón

30. Historia experimental En 1995, el CERN anuncio la creación de 9 átomos de hidrogeno en el experimento PS210. Realizado en Fermilab confirmo el hecho, y poco después se crearon otras 100 átomos de hidrogeno mas. Se creo combinando en un acelerador de partículas, un antielectrón y un antiprotón, enfriados hasta casi el cero absoluto para frenarlos y confinarlos con campos magnéticos para que no chocaran con átomos normales.

31. Producción de otras antipartículas En 1965, en la Unión Soviética se contaba con el mayor acelerador de partículas del mundo. Se formo un grupo de investigación para experimentar con antimateria dirigido por el físico León Max Lederman y se consiguió producir la primera partícula compleja de antimateria: el antideuterio, formado por 2 partículas básicas: el antiprotón y el antineutrón. Posteriormente, usando el mismo acelerador, se consiguió el antihelio (dos antiprotones y dos antineutrones).

32. La partícula del ángel Científicos de la Universidad de Stanford y la Universidad de California han descubierto la evidencia de la llamada 'partícula ángel' o fermión de Majorana, anunciada hace 80 años por el físico italiano Ettore Majorana. Lo inusual de esta partícula, apodada así a partir de la novela de Dan Brown 'Ángeles y Demonios', consiste en que es al mismo tiempo su propia antipartícula. Teoría: En 1937, un físico brillante, Ettore Majorana , predijo que en el caso de las partículas conocidas como fermiones (entre las que se incluye el protón, el neutrón, el electrón, el neutrino y el quark), deberían existir partículas que fueran, además, sus propias antipartículas.

33. Experimento E l equipo de investigadores realizó un experimento mediante el cual apiló juntas las películas finas de dos materiales cuánticos y pasó una corriente eléctrica a través de las mismas en una cámara de vacío enfriada. Con ayuda de un imán, los investigadores pudieron modificar la velocidad de los electrones, y en ciertos puntos esta acción causó la aparente aparición de las cuasi partículas de Majorana.

34. Partícula del ángel

35. Antimateria Es una forma de materia menos frecuente que esta constituida por antipartículas, en contraposición a la materia común, que esta compuesta de partículas.

36. Historia de la antimateria La existencia de la antimateria fue predicha antes de que nadie la hubiera observado. Al inicio del siglo XX se enunciaron dos importantes teoría, la de la Relatividad de Einstein y la Teoría Cuántica de la materia de Schrödinger y Heisenberg. En 1929 el físico británico Paul Adrien Maurice Dirac aplicó ambas teorías a la realidad atómica y logró , mediante una ecuación, predecir el comportamiento de los electrones en el átomo. El modelo matemático propuesto por Dirac, condujo a dos posibles soluciones. Una para describir el comportamiento de los electrones y otra que predice la existencia de electrones cargados positivamente , son los positrones. Desde entonces, se han ido descubriendo experimentalmente muchas de estas partículas. Carl D. Anderson descubrió el positrón en 1932. Emilio Segre y Owen Chamberlain descubrieron el antiprotón y antineutrón.

37. Preservación La antimateria en forma de partícula cargada se puede contener por una combinación de un campo eléctrico y campo magnético, en un dispositivo llamado “trampa de Penning” o trampa iónica. En azul las líneas de campo eléctrico y en rojo las líneas de campo magnético

38. Producción y costo PRODUCCION : La producción de antimateria, además de consumir enormes cantidades de energía, es muy poco eficiente, al igual que la capacidad de almacenamiento, que ronda solo el 1% de las partículas creadas. Debido a que el solo contacto con la materia, este se desintegran

39. COSTO : A pesar de ser lo mas escaso, la antimateria es la sustancia mas cara del mundo, llegando a costar un aproximado de 62 500 millones de USD tan solo el miligramo. Antimateria

40. La antimateria en la teoría del Big Bang Se especula que la materia que el día de hoy forma actualmente el universo podría ser el resultado de una asimetría entre materia y antimateria. Se dice que la diferencia es tan insignificante como de una partícula mas de materia por cada diez mil millones de parejas partícula – antipartícula. El Big Bang

41. ¿Existen galaxias de antimateria ligada por antigravedad? Antigravedad: Es una fuerza teórica o hipotética predicha por las leyes de la física de altas energías que consiste en la repulsión de todos los cuerpos debido a una fuerza que es igual en magnitud a la gravedad pero en vez de ser atractiva, es repulsiva.

42. Muchos científicos confían en esta posibilidad, pero todavía no ha podido ser enteramente descartada. Esta pregunta plantea la hipótesis de que existan grandes extensiones de antimateria. Existen argumentos de que esta teoría sea improbable, debido a que la antimateria en forma de antipartículas se crea constantemente en el universo en las colisiones de alta energía. Sin embargo, estos son sucesos demasiado aislados como para que estas antipartículas puedan llegar a encontrase y combinarse.

43. GRACIAS POR SU ATENCIÓN