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Estructura de la Materia IV
Clases teóricas: Norberto N. Scoccola ([email protected])
Clases de problemas: Ezequiel Álvarez ([email protected]) Javier Tiffenberg ([email protected])
Clases: Martes: 17:00 a 20:00Jueves: 17:00 a 20:00
Visitar pagina web: www.df.uba.ar/users/sequi/materias/e4_2008/
Bibliografia:
K.S. KRANE, “Introductory Nuclear Physics”, Wiley, New York, 1987.
E. HODGSON, E.GADIOLI y E. GADIOLI ERBA, “Introductory Nuclear Theory”, Oxford Science Press, New York, 1997.
D. GRIFFITHS, “Introduction to Elementary Particles” , Wiley & Sons, New York, 1987
F. HALZEN y A. MARTIN, “Quarks and Leptons: An Introductory Course in Modern Particle Physics”, Wiley & Sons, New York, 1984
BREVE INTRODUCCION HISTORICA
1895: Roentgen descubre los rayos X.
1896: Becquerel descubre los rayos α, β y γ.
1896-1900: Identificación de rayos α, β y γ por Rutherford y Villard.
1897: Thompson identifica el electrón.
1900: Planck propone una explicación del espectro de cuerpo negro en terminos de “cuantos” de energía.
1905: Einstein propone una explicación del efecto fotoeléctrico en términos de“cuantos” de luz. Tambien introduce la relatividad restringida y explicael “movimiento browniano” dando realidad física al concepto de átomo.
1911: Rutherford realiza experimentos de dispersión de partículas αdescubriendo el núcleo atómico.
1913: Utilizando las ideas de Rutherford sobre la constitución del átomo e introduciendo la cuantificación de la orbitas electrónicas, Bohr lograexplicar el espectro de radiación del átomo de H (serie de Balmer(1885), etc).
1919: Primera reacción nuclear por parte de Rutherford (bombardeo de Ncon α’s: α + 14N → p + 17O). Identificación del protón.
1923: Experimento de dispersión de luz por Compton reafirma la existenciadel “cuanto” de luz, es decir el fotón.
1925-1926: Heisenberg y Schrödinger formulan la mecánica cuántica.
1927: Dirac incorpora la relatividad a la mecánica cuántica y propone laexistencia de anti-partículas.
1931: Anderson descubre el positrón (rayos cósmicos).
1931: Pauli propone la existencia del neutrino para explicar el decaimiento β
1932: Descubrimiento del neutrón por Chadwick (bombardeo de Be con α’s).
1934: Yukawa propone la existencia del mesón π para explicar la interacciónnuclear.
1937: Descubrimiento del muón (inicialmente confundido con el mesón π)(rayos cósmicos).
1946 – 1950: Establecimiento de la QED (Electrodinámica Cuántica)
1947: Powell identifica el mesón π (rayos cósmicos).
1947-1949: Identificación del mesón K, primer mesón con extrañeza (rayos cósmicos).
1950: Identificación de la partícula Λ, primer barión con extrañeza (rayos cósmicos).
1950-1960: Identificación de nuevos mesones y bariones extraños.
1955: Segrè y Chamberlain descubren el antiprotón usando el Bevatron (Berkeley, US).
1961-1964: Proposición del modelo de quarks por Gell-Mann, Ne’eman y Zweig.
1967: Glashow, Weimberg y Salam proponen la Teoría ElectroDébil que unifica lasinteracciones electromagnéticas y débiles. Propuesta del bosón de Higgs.
1973: Se propone la Cromo Dinámica Cuántica (QCD) para explicar la interacciónentre quarks.
1974: Descubrimiento del J/ψ (usando los aceleradores de Brookhaven y SLAC, US) ypropuesta de una nueva generación de quarks: quarks con charm.
1983: Descubrimiento de los bosones W± y Z0 (CERN, Suiza-Francia).
1977’s-presente: Descubrimiento de quarks bottom (1977) y top (1995) en FERMILAB (US). Establecimiento del modelo Standard de partículas elementales y sus interacciones.
Fig.1: Imagen pictórica de la estructura atómica y subatómica
Fig .2: Escalas de distancias características de las distintas "capas" de la materia.
Fig 3: Escalas de energías características de las distintas "capas" de la materia.
1 eV = 1.60 x 10-19 C x 1 V = 1.60 x 10-19 J
Fig.4 Espectro de energía del átomo de H
Fig.5 Ejemplo de espectros de energías de núcleos
Fig. 6: Espectro de masas de mesones y bariones livianos (formados por quarks u,d,s)
Particle Data Group, W.-M. Yao et al., Journal of Physics G 33, 1 (2006) [ http://pdg.lbl.gov/]
Fig.7: Constituyentes de la materia según el Modelo Standard
Fig.8: Diagrama esquemático de un espectrómetro de masas
/
q E q v B
v E B
=
=
En selector de velocidades
por lo que
En zona principal
mvrq B
=
Figura 9: Distribuciones angulares de electrones de 185 MeVdispersados por distintos núcleos. Las curvas que pasan a través de los datos experimentales corresponden a ajustes teóricos.
Fig.9b: Descripción esquemática de la difracción de Fraunhofer y comportamiento de la intensidad en función del ángulo de dispersión.
Fig. 10: Gráfico de ρ(r) vs r donde se ilustra el significado de los distintos parámetros que aparecen en
0( )1 exp[( ) / ]
rr R aρρ =
+ −
donde
30
1/3
0.165 nucleones /
1.20.6
fm
R A fma fm
ρ ≅
≅≅
Un buen ajuste se obtiene usando
Fig.11: Momentos cuadrupolares.
(a) momento cuadrupolar positivo (prolado);
(b) momento cuadrupolar negativo (oblado).
Fig. 12: Energía de ligadura media por nucleón para los núcleidos más estables como función del numero de masa.
Fig. 13: Forma esquemática de la tabla de nucleidos. Aparecen en ella los nucleidos estables y aquellos que pueden decaer mediante distintos tipos de procesos. Las "drip lines" de protones y neutrones indican los puntos a partir de los cuales el proceso de emisión de nucleones empieza a ser energéticamente posible y, por lo tanto precede al decaimiento beta.
Fig. 14: Detalle de la tabla de nucleidos en la zona A < 22 , Z < 10, N < 12