Física Fundamental: Radiación, Partículas Subatómicas y el Comportamiento Cuántico de la Luz y la Materia
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Radiación y Transmisión de Energía
La Radiación Solar
La luz solar contiene rayos infrarrojos, ultravioleta y la luz visible (o luz blanca), que es la que podemos apreciar a diario.
La luz solar es una fuente de vitamina D, pero la luz ultravioleta es causante de la coloración de la epidermis, fenómeno al que llamamos bronceado y que, cuando es excesivo, puede producir daños en la piel. La radiación es un tipo de transmisión del calor que no requiere el contacto directo entre la fuente y los objetos.
Tipos de Radiactividad
La radiación es la liberación de energía desde el núcleo de un átomo.
- Radiactividad alfa (α): Es causada por la emisión de partículas alfa. Tiene poco alcance y es detenida por una hoja de papel.
- Radiactividad beta (β): Consiste en la emisión de electrones o protones con mayor poder de penetración que la radiación alfa.
- Radiactividad gamma (γ): Es la emisión de rayos gamma, altamente penetrantes y peligrosos para los seres vivos.
- Emisión de neutrones: Ocurre por el exceso de neutrones en el núcleo atómico.
El Modelo Estándar de la Física
Partículas Subatómicas Elementales
El Modelo Estándar de la Física describe las partículas elementales que componen la materia y transmiten las fuerzas. Estas incluyen los quarks, los leptones y los bosones.
- Quarks: Son partículas subatómicas elementales que forman los protones y los neutrones del núcleo del átomo.
- Leptones: Son partículas subatómicas elementales que no forman el núcleo del átomo, como el electrón.
- Bosones: Son partículas subatómicas que transmiten las fuerzas fundamentales de la naturaleza, como el gluón.
La Dualidad Onda-Partícula: Experimentos Fundamentales
El Experimento de la Doble Rendija
Experimento de Young (1803)
Presentó ante la Real Sociedad de Londres la interferencia de ondas de agua. Al usar luz solar con dos rendijas, demostró que la luz genera una interferencia óptica, confirmando su cualidad de onda.Geoffrey Ingram Taylor (1909)
Desarrolló el experimento de la doble rendija usando fotones. Determinó que el fotón se comporta como partícula con una sola rendija, pero como onda al existir dos.Claus Jönsson (1961)
Utilizó electrones para comprobar el mismo comportamiento. Al observar por cuál rendija pasa el electrón, el experimento rompe su patrón (el electrón se comporta como partícula).Richard Feynman (1965)
Indicó que los electrones poseen dualidad onda-partícula. Afirmó que un electrón no puede pasar al mismo tiempo por dos rendijas bajo un profundo enfoque cuántico.Nuevo Enfoque y Difracción
Experimento Merli, Missiroli y Pozzi (Italia, 1974)
Utilizaron un cable biprismático para refractar electrones. La conclusión clave fue que el electrón no es solo una partícula ni solo una onda, sino ambas al mismo tiempo.La difracción solar (observada en el experimento de la doble rendija con luz solar) permite observar el paso independiente de la luz generando patrones de interferencia.
Descubrimientos Históricos de Partículas
- Eugen Goldstein (1886): Desarrolló pruebas cubriendo iones positivos que partían de los átomos.
- J. J. Thomson (1897): Utilizó tubos catódicos para descubrir los electrones.
- Ernest Rutherford (1918): Descubrió de forma experimental los protones.
- James Chadwick (1932): Descubrió los neutrones, los cuales habían sido predichos por Rutherford en 1920.
Clasificación Moderna de Partículas
Según la clasificación moderna (referenciada en El Universo de Partículas y Masa), las partículas se dividen en:
- Fermiones: Partículas capaces de estructurar la materia física conocida (incluyen electrones, protones y neutrones).
- Bosones: Partículas que transmiten las fuerzas de la naturaleza (fotón, bosones W y Z, y el gluón).
- Hadrones: Partículas compuestas formadas por quarks; pueden ser bosones o fermiones.
Fuerzas Fundamentales y el Bosón de Higgs
Las Fuerzas de la Naturaleza están asociadas a interacciones específicas como la electromagnética, la fuerza nuclear fuerte y la nuclear débil.