Libro - Cronología de la Física de Partículas

Cronología de la física de partículas

Jorge Agustín Valencia Santana

Cronología de la física de partículas

2

Índice General

Índice General

1

Índice De Figuras

10

I

14

II

Cronología de la Física de Partículas.

Descripción Cronológica de la Física de Partículas.

1. Década de 1870.

22 23

1.1. Año 1874. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 1.1.1. Hipótesis de la existencia del electrón por George Johnstone Stoney. 23

2. Década de 1880.

24

2.1. Año 1887. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 2.1.1. Descubrimiento del efecto fotoeléctrico por Heinrich Rudolf Hertz. . 24

3. Década de 1890.

25

3.1. Año 1894. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 3.1.1. Descubrimiento de gases inertes por William Ramsey y Lord Rayleigh. 25

1

Cronología de la física de partículas

3.2. Año 1895. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27 3.2.1. Descubrimiento de los rayos X por Wilhelm Roentgen. . . . . . . . 27 3.3. Año 1896. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28 3.3.1. Descubrimiento de la radiactividad por Henri Becquerel. . . . . . . 28 3.4. Año 1897. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29 3.4.1. Descubrimiento de los electrones por J.J. Thomson. . . . . . . . . . 29 3.5. Año 1898. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30 3.5.1. Descubrimiento de la radiactividad por Marie Curie. . . . . . . . . 30

4. Década de 1900.

31

4.1. Año 1900. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31 4.1.1. Descubrimiento de Cuantos por Max Planck. . . . . . . . . . . . . . 31 4.2. Año 1902. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 4.2.1. Ley de desintegración radiactiva por Ernest Rutherford y Frederick Soddy. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 4.3. Año 1905. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33 4.3.1. Relatividad especial por Albert Einstein. . . . . . . . . . . . . . . . 33 4.3.2. Descripción teórica del efecto fotoeléctrico por Albert Einstein. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34

5. Década de 1910.

35

5.1. Año 1911. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35 5.1.1. Descubrimiento del núcleo atómico por Ernest Rutherford. . . . . . 35 5.2. Año 1912. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36 5.2.1. Descubrimiento de rayos cósmicos por Victor Franz Hess. . . . . . . 36 2

Cronología de la física de partículas

5.3. Año 1913. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37 5.3.1. Ley de Moseley por H. Moseley. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37 5.3.2. Leyes cuánticas del átomo por Niels Bohr. . . . . . . . . . . . . . . 38 5.4. Año 1915. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39 5.4.1. Relatividad general por Albert Einstein. . . . . . . . . . . . . . . . 39 5.5. Año 1917. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40 5.5.1. Desintegración artificial del núcleo por Ernest Rutherford. . . . . . 40

6. Década de 1920.

41

6.1. Año 1924. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41 6.1.1. Dualidad onda-corpúsculo por Louis de Broglie. . . . . . . . . . . . 41 6.2. Año 1925. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43 6.2.1. Espín del electrón por Ralph Kronig, Samuel Goudsmit y George Uhlenbeck. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43 6.3. Año 1926. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44 6.3.1. Mecánica matricial por Werner Heisenberg. . . . . . . . . . . . . . . 44 6.3.2. Mecánica ondulatoria por Erwin Schrödinger. . . . . . . . . . . . . 45 6.4. Año 1928. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46 6.4.1. Predicción del positrón por Paul Dirac. . . . . . . . . . . . . . . . . 46 6.5. Año 1929. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47 6.5.1. Expansión del universo por Edwin Hubble. . . . . . . . . . . . . . . 47

7. Década de 1930.

48

7.1. Año 1931. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48

3

Cronología de la física de partículas

7.1.1. Radioastronomía por Karl Jansky. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48 7.2. Año 1932. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49 7.2.1. Detección del positrón por Carl Anderson. . . . . . . . . . . . . . . 49 7.2.2. Descubrimiento del neutrón por Sir James Chadwick. . . . . . . . . 50 7.3. Año 1935. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51 7.3.1. Teoría mesónica de la fuerza nuclear fuerte por Hideki Yukawa. . . 51 7.4. Año 1936. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52 7.4.1. Hallazgo del muón por Carl Anderson. . . . . . . . . . . . . . . . . 52 7.5. Año 1938. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53 7.5.1. Fisión nuclear por Otto Hahn y F. Strassman. . . . . . . . . . . . . 53 7.6. Año 1939. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54 7.6.1. Origen nuclear de la energía estelar por Hans Bethe.

. . . . . . . . 54

8. Década de 1940.

55

8.1. Año 1941. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55 8.1.1. Primer reactor nuclear por Enrico Fermi. . . . . . . . . . . . . . . . 55 8.2. Año 1946. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56 8.2.1. Predicción teórica de la radiación cósmica de fondo por George Gamow, Robert C. Herman y Ralph A. Alpher. . . . . . . . . . . . 56 8.3. Año 1946. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57 8.3.1. Desarrollo de técnicas de dispersión de partículas sin carga por Bertram Neville Brockhouse y Clifford Glenwood Shull. . . . . . . . 57 8.4. Año 1947. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58 8.4.1. Medición del efecto Lamb por Willis E. Lamb y Robert C. Retherford. 58 4

Cronología de la física de partículas

8.4.2. Primer elemento químico artificial por Segrè. . . . . . . . . . . . . . 59 8.5. Año 1948. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60 8.5.1. Pión por Cecil Frank Powell. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60 8.5.2. Cálculo del efecto Lamb por Julian Schwinger. . . . . . . . . . . . . 61

9. Década de 1950.

62

9.1. Año 1950. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62 9.1.1. Muón neutrino por Jack Steinberger. . . . . . . . . . . . . . . . . . 62 9.2. Año 1954. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63 9.2.1. Teoría Gauge por Chen Ning Yang y Robert L. Mills. . . . . . . . . 63 9.3. Año 1955. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64 9.3.1. Antiprotón por Emilio Segrè y Owen Chamberlain. . . . . . . . . . 64 9.4. Año 1956. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65 9.4.1. Neutrino electrónico por Clyde Cowan y Frederick Reines. . . . . . 65 9.5. Año 1957. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66 9.5.1. Se cuestiona la simetría de paridad por Tsung Dao Lee y Chen Ning Yang. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66 9.5.2. Se viola la simetría de paridad por Chieng Shiung Wu, E. Ambler, R. W. Hayward, D. D. Hoppes, y R. P. Hudson. . . . . . . . . . . . 67 9.5.3. Modelo V-A de la fuerza débil por R. Feynman, M. Gell-Mann, R. Marshak y E. Sudarshan. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68 9.5.4. El efecto Mößbauer por Rudolf Mößbauer. . . . . . . . . . . . . . . 69 9.6. Año 1959. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70 9.6.1. Se comprueba el efecto de la gravedad en relojes por Robert J. Pound. 70 5

Cronología de la física de partículas

10.Década de 1960.

71

10.1. Año 1960. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71 10.1.1. Neutrinos solares por Raymond Davis y John N. Bahcall. . . . . . . 71 10.2. Año 1961. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72 10.2.1. Desarrollo de la teoría electrodébil por Sheldon Lee Glashow, Steven Weinberg y Abdus Salam. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72 10.2.2. Vía óctuple por Murray Gell-Mann y Yuval Ne’eman. . . . . . . . . 73 10.3. Año 1963. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74 10.3.1. Se conciben los quarks por Murray Gell-Mann y George Zweig. . . . 74 10.3.2. Teoría de Cabibbo por Nicola Cabibbo. . . . . . . . . . . . . . . . . 76 10.3.3. Teoría cuántica de coherencia óptica por Roy J. Glauber. . . . . . . 77 10.4. Año 1964. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78 10.4.1. Detección de la radiación cósmica de fondo por Arno Penzias y Robert Wilson. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78 10.4.2. Violación de la simetría de inversión temporal por Val Fitch y James Cronin. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79 10.4.3. Partícula Ω por Nick Samios. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80 10.4.4. Mecanismo de Higgs por Peter Higgs, François Englert y Robert Brout. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81 10.5. Año 1967. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82 10.5.1. Demostración de la existencia del modelo de los quarks por Henry Kendall, Jerome Isaac Friedman y Richard Edward Taylor. . . . . . 82 10.5.2. Primer púlsar por Jocelyn Bell Burnell y Antony Hewish. . . . . . . 83 10.5.3. Modelo electrodébil con mecanismo de Higgs por Steven Weinberg y Abdus Salam. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84 6

Cronología de la física de partículas

10.6. Año 1968. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85 10.6.1. Construcción de la primera cámara proporcional de hilos por Georges Charpak. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85

11.Década de 1970.

86

11.1. Año 1970. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86 11.1.1. Mecanismo GIM por Sheldon Glashow, John Iliopoulos y Luciano Maiani. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86 11.2. Año 1973. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87 11.2.1. Corrientes neutras por F.J. Hasert. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87 11.3. Año 1974. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88 11.3.1. Partícula J/ψ por Burton Richter y Samuel C.C.Ting. . . . . . . . 88 11.3.2. Teoría de gran unificación por Howard Georgi y Sheldon Glashow. . 89 11.3.3. Descubrimiento de un púlsar binario por Russell Alan Hulse y Joseph Hooton Taylor Jr. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90 11.4. Año 1975. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91 11.4.1. Leptón tau por Martin Lewis Perl. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91 11.5. Año 1976. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92 11.5.1. Quark charm por Gerson Goldhaber. . . . . . . . . . . . . . . . . . 92 11.5.2. Quark bottom por Leon Lederman. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93 11.6. Año 1979. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94 11.6.1. Gluón por Deutsches Elektronen-Synchrotron. . . . . . . . . . . . . 94

12.Década de 1980.

95

12.1. Año 1980. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95 7

Cronología de la física de partículas

12.1.1. Descubrimiento del efecto Hall cuántico por Robert B. Laughlin, Horst Ludwig Störmer y Daniel Chee Tsui. . . . . . . . . . . . . . . 95 12.2. Año 1981. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96 12.2.1. Estructura cuántica de la teoría electrodébil por Gerardus’t Hooft. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96 12.3. Año 1983. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97 12.3.1. Bosones W y Z por Carlo Rubbia y Simon Van Der Meer. . . . . . 97 12.4. Año 1985. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98 12.4.1. Teoría de cuerdas por Michael Green y John Henry Schwarz. . . . . 98 12.4.2. Desarrollo de métodos para enfriar y atrapar átomos con luz láser por Steven Chu, Claude Cohen-Tannoudji y William Daniel Phillips. 99 12.5. Año 1987. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100 12.5.1. Detección de la primera supernova por Ian Shelton y Oscar Duhalde.100 12.6. Año 1988. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101 12.6.1. Descubrimiento de la magnetoresistencia gigante por Albert Fert y Peter Grünberg. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101 12.7. Año 1989. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102 12.7.1. Descubrimiento de la Gran Muralla por Margaret Geller y John Peter Huchra. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102

13.Década de 1990.

103

13.1. Año 1995. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103 13.1.1. Síntesis del primer condensado de Bose-Einstein en gases enrarecidos de átomos alcalinos por Eric A. Cornell, Wolfgang Ketterle y Carl E. Wieman. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103 8

Cronología de la física de partículas

14.Década del 2000.

105

14.1. Año 2008. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105 14.1.1. Origen de la ruptura de simetría, que predice la existencia de, al menos, tres familias de quarks en la naturaleza por Yoichiro Nambu, Makoto Kobayashi y Toshihide Maskawa. . . . . . . . . . . . . . . . 105

9

Índice De Figuras

1.1. Electrón por George Johnstone Stoney. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 2.1. Heinrich Rudolf Hertz. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 3.1. Tubos de descarga que contienen gases nobles. . . . . . . . . . . . . . . . . 26 3.2. Imagen de Rayos X.

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27

3.3. Antoine Henri Becquerel. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28 3.4. Modelo atómico de J. J. Thomson. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29 3.5. Pierre y Marie Curie. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30 4.1. Max Karl Ernest Ludwig Planck. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31 4.2. Albert Einstein. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33 4.3. Efecto Fotoeléctrico. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34 5.1. Modelo atómico. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35 5.2. Rayos Cósmicos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36 5.3. Henry Gwyn Jeffreys Moseley. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37 5.4. Modelo atómico de Bohr. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38 5.5. Curvatura del espacio-tiempo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39

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Cronología de la física de partículas

5.6. Primera transmutación de la materia. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40 6.1. Ilustración de la dualidad onda-corpúsculo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42 6.2. Representación del espín electrónico. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43 6.3. Werner Karl Heisenberg. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44 6.4. Erwin Rudolf Josef Alexander Schrödinger. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45 6.5. Paul Adrien Maurice Dirac. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46 6.6. El destino final del universo y la edad del universo. . . . . . . . . . . . . . 47 7.1. Complejo de comunicaciones Goldstone Deep Space. . . . . . . . . . . . . . 48 7.2. Fotografía del primer positrón detectado. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49 7.3. Sir James Chadwick. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50 7.4. Hideki Yukawa. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51 7.5. Carl David Anderson. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52 7.6. Fisión nuclear del U-235. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53 7.7. Hans Albrecht Bethe. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54 8.1. Enrico Fermi. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55 8.2. Mapa de radiación cósmica de fondo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56 8.3. Bertram Neville Brockhouse y Clifford Glenwood Shull. . . . . . . . . . . . 57 8.4. Willis E. Lamb. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58 8.5. Emilio Gino Segrè. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59 8.6. Cecil Frank Powell. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60 8.7. Julian Seymour Schwinger. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61 9.1. Jack Steinberger. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62 11

Cronología de la física de partículas

9.2. Chen Ning Yang. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63 9.3. Owen Chamberlain. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64 9.4. Primera observación del neutrino. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65 9.5. Tsung Dao Lee. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66 9.6. Desintegración beta−1 de un núcleo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67 9.7. Richard Phillips Feynman. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68 9.8. Rudolf Ludwig Mößbauer. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69 9.9. Corrimiento al rojo en el espectro visible. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70 10.1. Raymond Davis. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71 10.2. Sheldon Lee Glashow.

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72

10.3. Yuval Ne’eman. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73 10.4. Murray Gell-Mann. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75 10.5. Nicola Cabibbo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76 10.6. Roy J. Glauber. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77 10.7. Espectro de la radiación cósmica de fondo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78 10.8. El origen de la flecha del tiempo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79 10.9. Partícula Ω−. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80 10.10.Peter Ware Higgs. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81 10.11.Partículas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82 10.12.Esquema de un púlsar. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83 10.13.Steven Weinberg. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84 10.14.Georges Charpak. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85 11.1. Interacciones de partículas en el Modelo Estándar. . . . . . . . . . . . . . . 86 12

Cronología de la física de partículas

11.2. Distribución de las corrientes neutras. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87 11.3. Burton Richter. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88 11.4. Tres fuerzas a partir de una. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89 11.5. Radiotelescopio de Arecibo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90 11.6. Martin Lewis Perl. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91 11.7. Gerson Goldhaber. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92 11.8. Leon Max Lederman. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93 11.9. Gluón. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94 12.1. Efecto Hall cuántico. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95 12.2. Gerardus’t Hooft . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96 12.3. Carlo Rubbia y Simon Van Der Meer. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97 12.4. Michael Green y John Henry Schwarz. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98 12.5. Haz Láser. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99 12.6. SN 1987A. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100 12.7. Magnetoresistencia gigante en válvula de spin. . . . . . . . . . . . . . . . . 101 12.8. Margaret Geller.

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102

13.1. Condensado de Bose-Einstein. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104 14.1. Ruptura de simetría espontánea. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106

13

Capítulo I Cronología de la Física de Partículas.

14

Cronología de la física de partículas

En este documento se pretende brindar al lector los descubrimientos acaecidos en la historia de la Física de Partículas.

1870 1874. Hipótesis de la existencia del electrón por George Johnstone Stoney.

1880 1887. Descubrimiento del efecto fotoeléctrico por Heinrich Rudolf Hertz.

1890 1894. Descubrimiento de gases inertes por William Ramsey y Lord Rayleigh. 1895. Descubrimiento de los rayos X por Wilhelm Roentgen. 1896. Descubrimiento de la radiactividad por Henri Becquerel. 1897. Descubrimiento de los electrones por J.J. Thomson. 1898. Descubrimiento de la radiactividad por Marie Curie.

1900 1900. Descubrimiento de Cuantos por Max Planck. 1902. Ley de desintegración radiactiva por Ernest Rutherford y Frederick Soddy. 1905. Relatividad especial por Albert Einstein. 1905. Descripción teórica del efecto fotoeléctrico por Albert Einstein.

15

Cronología de la física de partículas

1910 1911. Descubrimiento del núcleo atómico por Ernest Rutherford. 1912. Descubrimiento de rayos cósmicos por Victor Franz Hess. 1913. Ley de Moseley por H. Moseley. 1913. Leyes cuánticas del átomo por Niels Bohr. 1915. Relatividad general por Albert Einstein. 1917. Desintegración artificial del núcleo por Ernest Rutherford.

1920 1924. Dualidad onda-corpúsculo por Louis de Broglie. 1925. Espín del electrón por Ralph Kronig, Samuel Goudsmit y George Uhlenbeck. 1926. Mecánica matricial por Werner Heisenberg. 1926. Mecánica ondulatoria por Erwin Schrödinger. 1928. Predicción del positrón por Paul Dirac. 1929. Expansión del universo por Edwin Hubble.

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Cronología de la física de partículas

1930 1931. Radioastronomía por Karl Jansky. 1932. Detección del positrón por Carl Anderson. 1932. Descubrimiento del neutrón por Sir James Chadwick. 1935. Teoría mesónica de la fuerza nuclear fuerte por Hideki Yukawa. 1936. Hallazgo del muón por Carl Anderson. 1938. Fisión nuclear por Otto Hahn y F. Strassman. 1939. Origen nuclear de la energía estelar por Hans Bethe.

1940 1941. Primer reactor nuclear por Enrico Fermi. 1946. Predicción teórica de la radiación cósmica de fondo por George Gamow, Robert C. Herman y Ralph A. Alpher. 1946. Desarrollo de técnicas de dispersión de partículas sin carga por Bertram Neville Brockhouse y Clifford Glenwood Shull. 1947. Medición del efecto Lamb por Willis E. Lamb y Robert C. Retherford. 1947. Primer elemento químico artificial por Emilio Gino Segrè. 1948. Pión por Cecil Frank Powell. 1948. Cálculo del efecto Lamb por Julian Schwinger.

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Cronología de la física de partículas

1950 1950. Muón neutrino por Jack Steinberger. 1954. Teoría Gauge por Chen Ning Yang y Robert L. Mills. 1955. Antiprotón por Emilio Segrè y Owen Chamberlain. 1956. Neutrino electrónico por Clyde Cowan y Frederick Reines. 1957. Se cuestiona la simetría de paridad por Tsung Dao Lee y Chen Ning Yang. 1957. Se viola la simetría de paridad por Chieng Shiung Wu, E. Ambler, R. W. Hayward, D. D. Hoppes, y R. P. Hudson. 1957. Modelo V-A de la fuerza débil por R. Feynman, M. Gell-Mann, R. Marshak y E. Sudarshan. 1957. El efecto Mößbauer por Rudolf Mößbauer. 1959. Se comprueba el efecto de la gravedad en relojes por Robert J. Pound.

18

Cronología de la física de partículas

1960 1960. Neutrinos solares por Raymond Davis John N. Bahcall. 1961. Desarrollo de la teoría electrodébil por Sheldon Lee Glashow, Steven Weinberg y Abdus Salam. 1961. Vía óctuple por Murray Gell-Mann y Yuval Ne’eman. 1963. Se conciben los quarks por Murray Gell-Mann y George Zweig. 1963. Teoría de Cabibbo por Nicola Cabibbo. 1963. Teoría cuántica de coherencia óptica por Roy J. Glauber. 1964. Detección de la radiación cósmica de fondo por Arno Penzias y Robert Wilson. 1964. Violación de la simetría de inversión temporal por Val Fitch y James Cronin. 1964. Partícula Ω por Nick Samios. 1964. Mecanismo de Higgs por Peter Higgs, François Englert y Robert Brout. 1967. Demostración de la existencia del modelo de los quarks por Henry Kendall, Jerome Isaac Friedman y Richard Edward Taylor. 1967. Primer púlsar por Jocelyn Bell Burnell y Antony Hewish. 1967. Modelo electrodébil con mecanismo de Higgs por Steven Weinberg y Abdus Salam. 1968. Construcción de la primera cámara proporcional de hilos por Georges Charpak.

19

Cronología de la física de partículas

1970 1970. Mecanismo GIM por Sheldon Glashow, John Iliopoulos y Luciano Maiani. 1973. Corrientes neutras por F.J. Hasert. 1974. Partícula J/ψ por Burton Richter y Samuel C.C.Ting. 1974. Teoría de gran unificación por Howard Georgi y Sheldon Glashow. 1974. Descubrimiento de un púlsar en un sistema de estrellas binarias por Russell Alan Hulse y Joseph Hooton Taylor Jr. 1975. Leptón tau por Martin Lewis Perl. 1976. Quark charm por Gerson Goldhaber. 1977. Quark bottom por Leon Lederman. 1979. Gluón por Deutsches Elektronen-Synchrotron.

1980 1981. Estructura cuántica de la teoría electrodébil por Gerardus’t Hooft. 1983. Bosones W y Z por Carlo Rubbia y Simon Van Der Meer. 1985. Teoría de cuerdas por Michael Green y John Henry Schwarz. 1985. Desarrollo de métodos para enfriar y atrapar átomos con luz láser por Steven Chu, Claude Cohen-Tannoudji y William Daniel Phillips. 1987. Detección de la primera supernova por Ian Shelton y Oscar Duhalde. 1988. Descubrimiento de la magnetoresistencia gigante por Albert Fert y Peter Grünberg. 1989. Descubrimiento de la Gran Muralla por Margaret Geller y John Peter Huchra. 20

Cronología de la física de partículas

1990 1995. Síntesis del primer condensado de Bose-Einstein en gases enrarecidos de átomos alcalinos por Eric A. Cornell, Wolfgang Ketterle y Carl E. Wieman.

2000 2008. Origen de la ruptura de simetría, que predice la existencia de, al menos, tres familias de quarks en la naturaleza por Yoichiro Nambu, Makoto Kobayashi y Toshihide Maskawa (Concesión del Premio Nobel).

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Capítulo II Descripción Cronológica de la Física de Partículas.

22

Sección 1

Década de 1870.

1.1. 1.1.1.

Año 1874. Hipótesis de la existencia del electrón por George Johnstone Stoney.

Inicialmente, los electrones tal y como los conocemos fueron llamados ’electrinos’ por el físico irlandés, George Johnstone Stoney. Stoney, en sus investigaciones, estableció que la electricidad era producida por estos diminutos corpúsculos, cuyda carga y masa intentó calcular.

Figura 1.1: Electrón por George Johnstone Stoney.

23

Sección 2

Década de 1880.

2.1. 2.1.1.

Año 1887. Descubrimiento del efecto fotoeléctrico por Heinrich Rudolf Hertz.

Heinrich Hertz, en el presente año, observó que entre dos electrodos conectados en alta tensión aparece un arco que alcanza mayores distancias cuando se ilumina con luz ultravioleta que cuando permanece en la oscuridad. Hertz había descubierto el efecto fotoeléctrico.

Figura 2.1: Heinrich Rudolf Hertz.

24

Sección 3

Década de 1890.

3.1. 3.1.1.

Año 1894. Descubrimiento de gases inertes por William Ramsey y Lord Rayleigh.

El término ’Gas Noble’ fue acuñado en 1257 por por Hugo Johan con el fin de indicar su bajo nivel de reactividad. El nombre hace una analogía con la indicación ’Metales Nobles’, como por ejemplo, el oro, el cual está relacionado con la riqueza y que, además, presenta una reactividad mínima. Los primeros en descubrir un ’Gas Inerte’ fueron Pierre Janssen y Joseph Norman Lockyer, cuando examinaban la cromosfera del Sol en 1868. Posteriormente, en 1894, Lord Rayleigh, en colaboración con William Ramsay, detectó que el nitrógeno del aire se encontraba mezclado con otro gas, descubriendo así el Argón.

25

Cronología de la física de partículas

Luego, en 1902, después de aceptar la evidente existencia del Argón y el Helio, Dimitri Mendeléyev incluyó estos ’Gases Nobles’ en su clasificación de elementos.

Figura 3.1: Tubos de descarga que contienen gases nobles.

26

Cronología de la física de partículas

3.2. 3.2.1.

Año 1895. Descubrimiento de los rayos X por Wilhelm Roentgen.

Los Rayos X es una radiación electromagnética cuya longitud de onda está comprendida entre 10 y 0.1 µm, correspondiendo a frecuencias en el rango de 30 a 3.000 PHz. La historia de los Rayos X nace con los experimentos de William Crookes que, en el siglo XIX, investigando los efectos de ciertos gases al aplicarles descargas de energía, detectó que estos producían la aparición de imágenes borrosas placas fotografías. No obstante, Crookes no continuó sus investigaciones en esta línea. Sin embargo, Nikola Tesla, en 1887, ahondó en los efectos descubiertos por William Crookes, advirtiendo así a la comunidad científica la peligrosidad de este fenómeno para organismos biológicos. Hasta un 8 de noviembre de 1895 no se descubrieron los Rayos X de la mano del físico Wilhelm Conrad Röntgen. Posteriormente, en 1901, Wilhelm Roentgen recibiría el Premio Nobel de Física.

Figura 3.2: Imagen de Rayos X.

27

Cronología de la física de partículas

3.3. 3.3.1.

Año 1896. Descubrimiento de la radiactividad por Henri Becquerel.

Resulta interesante el descubrimiento casual de la Radiactividad Natural. Antoine Henri Becquerel en 1896 se encontraba estudiando los fenómenos de fluorescencia y fosforescencia. Para ello, para lo cual colocaba un cristal de Pechblenda (mineral que contiene uranio) sobre una placa fotográfica que luego era envuelta en papel negro y expuesta al sol. Cuando desenvolvía la placa la encontraba velada, hecho que atribuía a la fosforescencia del cristal. Desgraciadamente, para sus investigaciones, los días los días no eran soleados y, por ello, dejó en un cajón el material. Para su sorpresa, cuando sacó la placa fotográfica, ésta estaba velada. Este fenómeno no podía deberse a la fosforescencia ya que, no había sido expuesta al sol. La única explicación posible era que la sal de uranio emitía una radiación muy penetrante. Sin saberlo Becquerel había descubierto lo que Marie Curie llamaría más tarde Radiactividad. En 1903, recibió el Premio Nobel de Física, junto con Marie Curie y Pierre Curie.

Figura 3.3: Antoine Henri Becquerel.

28

Cronología de la física de partículas

3.4. 3.4.1.

Año 1897. Descubrimiento de los electrones por J.J. Thomson.

La existencia del electrón fue postulada por el físico irlandés G. Johnstone Stoney y, posteriormente, descubierto por Joseph John Thomson en 1897 en el Laboratorio Cavendish de la Universidad de Cambridge. Thomson, influido por el trabajo de Maxwell y el descubrimiento de los Rayos X, dedujo, mientras estudiaba el comportamiento de los rayos catódicos, que existían unas partículas con carga negativa que denominó corpúsculos. Más tarde, en 1909, Robert Millikan corroboró la existencia del electrón por medio de la medición de sus propiedades en el célebre experimento de la gota de aceite.

Figura 3.4: Modelo atómico de J. J. Thomson.

29

Cronología de la física de partículas

3.5. 3.5.1.

Año 1898. Descubrimiento de la radiactividad por Marie Curie.

Antoine Henri Becquerel formó una línea de investigación que posteriormente, Marie Curie seguiría para apodar a su descubrimiento, Radiactividad. Madame Curie, junto a su esposo Pierre Curie, empezaron a estudiar el peculiar fenómeno que había descubierto Becquerel. Observaron diversos minerales, dándose cuenta que otro elemento, el torio, era radiactivo. Así mismo, demostraron que la radiactividad no era resultado de una reacción química, sino una propiedad elemental del átomo. Más tarde, en 1898, descubren dos nuevas sustancias radiactivas: el radio y el polonio. Mientras Pierre investigaba las propiedades de la radiación, su esposa intentaba obtener de los minerales las sustancias radiactivas con el mayor grado de pureza posible. En 1903 recibieron el premio Nobel de física junto con Becquerel por el descubrimiento de la radiactividad natural.

Figura 3.5: Pierre y Marie Curie.

30

Sección 4

Década de 1900.

4.1. 4.1.1.

Año 1900. Descubrimiento de Cuantos por Max Planck.

El término cuanto, en física, representa el mínimo valor que puede tomar una determinada magnitud en un sistema físico. El ejemplo por excelencia procede de la descripción de la naturaleza de la luz. La energía de la luz está cuantizada, de ahí que la mínima cantidad energética que puede transportar la luz sería la que proporciona un fotón. Por lo tanto, Max Planck en 1900, apodó este término como ’Cuantos’. Luego, en 1918, Planck fue ganó el Premio Nobel de Física.

Figura 4.1: Max Karl Ernest Ludwig Planck.

31

Cronología de la física de partículas

4.2.

Año 1902.

4.2.1.

Ley de desintegración radiactiva por Ernest Rutherford y Frederick Soddy.

La Ley de la Desintegración Radiactiva predice el decremento, respecto del tiempo, del número de núcleos de una sustancia radiactiva. La expresión que da nombre a esta ley es:

N = N0 · 2−t/T

Donde:

N → Número de núcleos sin desintegrar. N0 → Número de núcleos inicialmente. t → Tiempo. T → Vida media.

32

Cronología de la física de partículas

4.3. 4.3.1.

Año 1905. Relatividad especial por Albert Einstein.

La Teoría de la Relatividad Especial permitió establecer la equivalencia entre masa y energía, además de una nueva definición del espacio-tiempo. A finales del siglo XIX los físicos pensaban que la mecánica clásica de Newton, basada en la llamada relatividad de Galileo, describía los conceptos de velocidad y fuerza para todos los sistemas de referencia. Sin embargo, Hendrik Lorentz comprobó que las ecuaciones de Maxwell no se comportaban de acuerdo a las leyes de Newton cuando el sistema de referencia varía. De ahí, en 1905, Albert Einstein revolucionó al mundo al postular su Teoría de la Relatividad Especial.

Figura 4.2: Albert Einstein.

33

Cronología de la física de partículas

4.3.2.

Descripción teórica del efecto fotoeléctrico por Albert Einstein.

El descubrimiento de dicho efecto fue hecho en 1887 pero, hasta la fecha, carecía de una explicación teórica. Einstein, publicó en 1905 el artículo ’Heurística de la generación y conversión de la luz’, el cual, estaba basado en los trabajo sobre los cuantos de Max Planck. Con ello, Albert Einstein rebibiría en 1921 el Premio Nobel de Física.

Figura 4.3: Efecto Fotoeléctrico.

34

Sección 5

Década de 1910.

5.1. 5.1.1.

Año 1911. Descubrimiento del núcleo atómico por Ernest Rutherford.

El núcleo atómico concentra más del 99.99 % de la masa total del átomo ya que, está formado por protones y neutrones, los cuales, se mantienen unidos por medio de la interacción nuclear fuerte. Esta fuerza permite que el núcleo sea estable. La existencia del núcleo atómico fue deducida por Ernest Rutherford, en 1911, por medio de un experimento en el que se bombardeó una lámina fina de oro con partículas alfa. Gran parte de esas partículas traspasaban la lámina pero, algunas rebotaban. Esta particularidad demostró la existencia del núcleo atómico.

Figura 5.1: Modelo atómico.

35

Cronología de la física de partículas

5.2. 5.2.1.

Año 1912. Descubrimiento de rayos cósmicos por Victor Franz Hess.

Del espacio exterior proceden unas partículas subatómicas a las que se denomina, ’Rayos Cósmicos’. Tienen una energía elevada ya que, su velocidad es cercana a la de la luz. En 1912, Victor Franz Hess, demostró que la ionización atmosférica aumenta con la altitud y, con ello, concluyó que la radiación debía proceder del espacio exterior. Los rayos cósmicos que alcanzan la atmósfera son, principalmente, protones y partículas alfa de alta energía. El resto son electrones y partículas pesadas ionizadas.

Figura 5.2: Rayos Cósmicos.

36

Cronología de la física de partículas

5.3. 5.3.1.

Año 1913. Ley de Moseley por H. Moseley.

En 1913, el físico británico Henry Gwyn Jeffreys Moseley estableció una relación sistemática entre la longitud de onda de los rayos X emitidos por distintos átomos con su número atómico. A ésta la llamó, ’Ley de Meseley’. Cabe mencionar que tuvo una gran importancia ya que, hasta ese momento, el número atómico era sólo el lugar que ocupaba un elemento en la tabla periódica.

Figura 5.3: Henry Gwyn Jeffreys Moseley.

37

Cronología de la física de partículas

5.3.2.

Leyes cuánticas del átomo por Niels Bohr.

En ese mismo año, Niels Bohr desarrolló su célebre modelo atómico de acuerdo a cuatro postulados fundamentales. Por ende, surgen las leyes cuánticas del átomo. A través de estos postulados se pretende explicar cómo los electrones pueden tener órbitas estables alrededor del núcleo. Para ello, Bohr se basó en el átomo de hidrógeno para realizar el modelo que lleva su nombre.

Figura 5.4: Modelo atómico de Bohr.

38

Cronología de la física de partículas

5.4. 5.4.1.

Año 1915. Relatividad general por Albert Einstein.

Nuevamente, Albert Einstein publica, en 1915, la Relatividad General, siendo presentada en la Academia de Ciencias Prusiana el 25 de noviembre. Su teoría propone que la propia geometría del espacio-tiempo se ve afectada por la presencia de materia, de ahí que prediga que el espacio-tiempo no será plano en presencia un cuerpo y que la curvatura del mismo será percibida como un campo gravitatorio.

Figura 5.5: Curvatura del espacio-tiempo.

39

Cronología de la física de partículas

5.5. 5.5.1.

Año 1917. Desintegración artificial del núcleo por Ernest Rutherford.

La desintegración artificial, término propuesto por Ernest Rutherford en 1917, es el proceso por el cual el núcleo atómico es bombardeado con partículas alfa. El descubrimiento de la transmutación ha permitido múltiples aplicaciones, desde médicas hasta militares.

Figura 5.6: Primera transmutación de la materia.

40

Sección 6

Década de 1920.

6.1. 6.1.1.

Año 1924. Dualidad onda-corpúsculo por Louis de Broglie.

Al demostrar que la luz puede presentar tanto propiedades de partícula como ondulatorias, se resolvió una aparente paradoja. De ahí, surgió la dualidad onda-corpúsculo. Si nos remitimos a la física clásica existen diferencias evidentes entre onda y partícula ya que, esta última ocupa una lugar y tiene masa, mientras que una onda se propaga por el espacio con una velocidad determinada y masa nula. Este hecho fue introducido por Louis-Victor de Broglie en 1924, a través de su tesis doctoral.

41

Cronología de la física de partículas

Actualmente, según Stephen Hawking, la dualidad onda-corpúsculo es un concepto de la mecánica cuántica, según el cual no hay diferencias fundamentales entre partículas y ondas.

Figura 6.1: Ilustración de la dualidad onda-corpúsculo.

42

Cronología de la física de partículas

6.2. 6.2.1.

Año 1925. Espín del electrón por Ralph Kronig, Samuel Goudsmit y George Uhlenbeck.

El espín procede de la palabra inglesa "spin", que significa girar. Esto se refiere a una propiedad física de las partículas subatómicas, en concreto, a su momento angular. El concepto espín fue introducido en 1925 por Ralph Kronig e, independientemente, por George Uhlenbeck y Samuel Goudsmit.

Figura 6.2: Representación del espín electrónico.

43

Cronología de la física de partículas

6.3. 6.3.1.

Año 1926. Mecánica matricial por Werner Heisenberg.

La Mecánica Matricial fue la primera definición completa y correcta de la mecánica cuántica ya que, extiende el modelo de Bohr realizando interpretaciones de las partículas como matrices que evolucionan temporalmente. Esta formulación de la mecánica cuántica fue creada por Werner Heisenberg, Max Born y Pascual Jordan en 1926. Se debe señalar que es el equivalente a la formulación ondulatoria planteada por Erwin Schrödinger.

Figura 6.3: Werner Karl Heisenberg.

44

Cronología de la física de partículas

6.3.2.

Mecánica ondulatoria por Erwin Schrödinger.

A la par, en el año 1926, Erwin Schrödinger desarrolló la ecuación que lleva su nombre. Ésta, describe la evolución temporal de una partícula no relativista, de ahí sus limitaciones. Sin embargo, es de importancia en la teoría de la mecánica cuántica, donde representa para las partículas microscópicas un papel análogo a la segunda ley de Newton en la mecánica clásica.

Figura 6.4: Erwin Rudolf Josef Alexander Schrödinger.

45

Cronología de la física de partículas

6.4. 6.4.1.

Año 1928. Predicción del positrón por Paul Dirac.

El positrón es una partícula elemental y, además, es la antipartícula del electrón ya que, posee la misma masa e igual carga eléctrica pero, positiva. No forma parte de la materia ordinaria, sino de la antimateria. Sin embargo, se producen en numerosos procesos radioquímicos como producto de transformaciones nucleares. Tal y como viene recogido, esta partícula fue predicha por Paul Dirac en el año de 1928, para luego ser descubierta en el año 1932. En la actualidad, los positrones se emplean en técnicas hospitalarias como el PET.

Figura 6.5: Paul Adrien Maurice Dirac.

46

Cronología de la física de partículas

6.5. 6.5.1.

Año 1929. Expansión del universo por Edwin Hubble.

La Ley de Hubble, en honor a Edwin Hubble, es considerada la primera evidencia que se ha podido observar en lo que concierne al paradigma de la expansión del universo y, actualmente sirve como una de las piezas más citadas como prueba de soporte del Big Bang.

Figura 6.6: El destino final del universo y la edad del universo.

47

Sección 7

Década de 1930.

7.1. 7.1.1.

Año 1931. Radioastronomía por Karl Jansky.

Como rama de la astronomía, la radioastronomía estudia los objetos celestes y los fenómenos astrofísicos midiendo su emisión de radiación electromagnética en la zona de las ondas de radio ya que, éstas tienen mayor longitud de onda que la luz visible. Para ello, se deben emplear varios grupos de antenas con el fin de obtener señales de buena calidad. Una de las primeras investigaciones en esta materia fue llevada a cabo por Karl Guthe Jansky, un ingeniero de Bell Telephone Laboratories.

Figura 7.1: Complejo de comunicaciones Goldstone Deep Space.

48

Cronología de la física de partículas

7.2. 7.2.1.

Año 1932. Detección del positrón por Carl Anderson.

La existencia del antielectrón había sido predicha cuatro años antes por Dirac. No obstante, Carl David Anderson, mientras fotografiaba indicios de rayos cósmicos en una cámara de ionización, descubrió la partícula que bautizó con el nombre de positrón.

Figura 7.2: Fotografía del primer positrón detectado.

49

Cronología de la física de partículas

7.2.2.

Descubrimiento del neutrón por Sir James Chadwick.

Por otro lado, también en 1932, hubo un gran descubrimiento en el campo de la física de partículas. James Chadwick descubrió en el núcleo del átomo una partícula que se denominaría neutrón. De esta forma, este físico británico abrió las puertas hacia la fisión del Uranio-235. Por este motivo, en 1935 se le concedió el Premio Nobel.

Figura 7.3: Sir James Chadwick.

50

Cronología de la física de partículas

7.3. 7.3.1.

Año 1935. Teoría mesónica de la fuerza nuclear fuerte por Hideki Yukawa.

Empleando las bases de la fuerza nucleares fuerte, Hideki Yukawa, en 1935, propuso una teoría que explicaba la naturaleza de estas interacciones haciendo uso de una partícula, el mesón, con una masa que se encuentra entre los valores del protón y electrón.

Figura 7.4: Hideki Yukawa.

51

Cronología de la física de partículas

7.4. 7.4.1.

Año 1936. Hallazgo del muón por Carl Anderson.

El muón era la primera partícula elemental descubierta que no pertenecía a los átomos convencionales. Este hallazgo se dio de la mano, nuevamente, de Carl D. Anderson mientras investigaba la curvatura de determinadas partículas al pasar a través de un campo electromagnético. En concreto, se percató que ésta tenía un radio de curvatura intermedio entre el electron y el protón. Por ello, supuso que la carga eléctrica era igual a la del electrón y su masa se encontraba entre ambos, por lo que le asignó, en un principio, el nombre de mesotrón. Más tarde, pasó a llamarse ν-mesón.

Figura 7.5: Carl David Anderson.

52

Cronología de la física de partículas

7.5. 7.5.1.

Año 1938. Fisión nuclear por Otto Hahn y F. Strassman.

La fisión es una reacción nuclear, produciéndose cuando un núcleo pesado se divide en dos o más núcleos, además de determinados subproductos y emisiones de partículas alfa y partículas beta. Esta reacción del núcleo atómico fue descubierta por los investigadores alemanes Otto Hahn y Fritz Strassmann, en 1938, a partir del trabajo desarrollado por el propio Hahn, junto a Lise Meitner, durante años anteriores.

Figura 7.6: Fisión nuclear del U-235.

53

Cronología de la física de partículas

7.6. 7.6.1.

Año 1939. Origen nuclear de la energía estelar por Hans Bethe.

Hans Bethe, físico estadounidense de origen alemán encontró un mecanismo, en 1939, que explica cómo las estrellas producen energía. Demostró, que la nucleosíntesis estelar es la responsable de la generación de la mayor parte de los elementos por procesos de fusión nuclear a partir del Hidrógeno y del Helio, en las cuales, el Carbono actúa como catalizador.

Figura 7.7: Hans Albrecht Bethe.

54

Sección 8

Década de 1940.

8.1. 8.1.1.

Año 1941. Primer reactor nuclear por Enrico Fermi.

En 1941, Enrico Fermi se enfrentó a una serie de problemas interrelacionados cuando construyó el primer reactor nuclear en una pista de squash de la Universidad de Chicago. Sin embargo, consiguió controlar la reacción en cadena. Con los dedos cruzados, el 2 de Diciembre de 1942 el primer reactor nuclear del mundo produjo la primera reacción nuclear controlada y autosostenida. Así nació el Chicago-Pile.

Figura 8.1: Enrico Fermi.

55

Cronología de la física de partículas

8.2. 8.2.1.

Año 1946. Predicción teórica de la radiación cósmica de fondo por George Gamow, Robert C. Herman y Ralph A. Alpher.

La radiación cósmica de fondo es la energía remanente del Big Bang que dio origen al universo. La predicción teórica fue llevada a cabo por el físico ruso George Gamow junto con sus dos colegas, Robert C. Herman y Ralph A. Alpher.

Figura 8.2: Mapa de radiación cósmica de fondo.

56

Cronología de la física de partículas

8.3. 8.3.1.

Año 1946. Desarrollo de técnicas de dispersión de partículas sin carga por Bertram Neville Brockhouse y Clifford Glenwood Shull.

La primera difracción de neutrones se experimentó en el reactor de Oak Ridge, llevada a cabo por Ernest O. Wollan, en 1945. Sin embargo, en 1946, esta investigación fue tomada por Clifford Shull y Bertram Neville Brockhouse, proponiendo así las bases teóricas necesarias que, posteriormente, serían empleadas para la Física de materia condensada y, también, para el "neutron scattering". Shull y Brockhousend recibieron el Premio Nobel de Física en 1994.

Figura 8.3: Bertram Neville Brockhouse y Clifford Glenwood Shull.

57

Cronología de la física de partículas

8.4. 8.4.1.

Año 1947. Medición del efecto Lamb por Willis E. Lamb y Robert C. Retherford.

El Efecto Lamb, denominado así en honor a Willis E. Lamb, se debe a una ligera diferencia en la energía asociada a dos niveles de energía en el átomo de hidrógeno. En colaboración con Robert C. Retherford, Willis E. Lamb observó este fenómeno.

Figura 8.4: Willis E. Lamb.

58

Cronología de la física de partículas

8.4.2.

Primer elemento químico artificial por Segrè.

Un descubrimiento importante se sucedió en ese mismo año ya que, Emilio Gino Segrè dio con el primer elemento químico artifical, el Tecnecio (del griego "Tecnetos", que significa artificial). Del Laboratorio de Radiación de Berkeley enviaron a Segrè una muestra de molibdeno que había sido bombardeada con deuterones, en 1947, y que, misteriosamente, estaba emitiendo formas anómalas de radioactividad. Posteriormente, después de una serie de análisis químicos y teóricos, Segrè fue capaz de probar que parte de la radiación estaba siendo producida por un elemento desconocido, el Tecnecio.

Figura 8.5: Emilio Gino Segrè.

59

Cronología de la física de partículas

8.5. 8.5.1.

Año 1948. Pión por Cecil Frank Powell.

Cecil Frank Powell descubrió, en 1948, el pión (pi-mesón), una partícula subatómica pesada.

Figura 8.6: Cecil Frank Powell.

60

Cronología de la física de partículas

8.5.2.

Cálculo del efecto Lamb por Julian Schwinger.

Poco después, se desarrolló el concepto de renormalización, que explicaba el Efecto Lamb en el campo magnético del electrón, explicado un año antes por Willis E. Lamb. Este desarrollo estuvo de la mano de Julian Seymour Schwinger, un físico teórico estadounidense.

Figura 8.7: Julian Seymour Schwinger.

61

Sección 9

Década de 1950.

9.1. 9.1.1.

Año 1950. Muón neutrino por Jack Steinberger.

Fue Jack Steinberger el que, en ese preciso año, descubrió el muon neutrino. Por ello, en 1988, fue galardonado con el Premio Nobel de Física.

Figura 9.1: Jack Steinberger.

62

Cronología de la física de partículas

9.2. 9.2.1.

Año 1954. Teoría Gauge por Chen Ning Yang y Robert L. Mills.

En física, las Teorías de Gauge se basan en que las transformaciones de simetría se pueden realizar sólo localmente. Así pues, al rotar "algo" en una cierta región, no se determina cómo los objetos rotan en otras regiones. Esto fue lo que introdujeron los señores Ning Yang y Mills en 1954.

Figura 9.2: Chen Ning Yang.

63

Cronología de la física de partículas

9.3. 9.3.1.

Año 1955. Antiprotón por Emilio Segrè y Owen Chamberlain.

No fue hasta el año 1955 hasta que se descubrió el antagonista del protón, el antiprotón. También conocido como protón negativo, éste dispone de una carga opuesta a la del protón y comparte el valor de su masa, de ahí que sea antimateria. Si bien la existencia de esta partícula elemental se predijo con la aparición del positrón, fue en este año cuando, en el Laboratorio de Radiación de la Universidad de California, nuevamente Emilio Segrè y su colega Owen Chamberlain, descubrieron esta partícula.

Figura 9.3: Owen Chamberlain.

64

Cronología de la física de partículas

9.4. 9.4.1.

Año 1956. Neutrino electrónico por Clyde Cowan y Frederick Reines.

Aunque pueda parecer extraño, el neutrino fue propuesto por primera vez en 1930 por Wolfgang Pauli. Más tarde, a través de un experimento que llevaron a cabo sus descubridores, Clyde Cowan y Frederick Reines, demostraron su existencia experimentalmente. Este ejercicio consistió en bombardear agua pura con un haz de 1018 neutrones por segundo.

Figura 9.4: Primera observación del neutrino.

65

Cronología de la física de partículas

9.5.

Año 1957.

9.5.1.

Se cuestiona la simetría de paridad por Tsung Dao Lee y Chen Ning Yang.

Estamos ante un año de múltiples descubrimientos y discusiones. Tsung Dao Lee y Chen Ning Yang cuestionan la simetría de paridad. La transformación de paridad, en física, es la transformación simultánea del signo de toda coordenada espacial. Por ello, tanto Lee como Yang encontraron incoherencias en el principio de paridad e iniciaron el desarrollo de una teoría unificadora de la naturaleza de las partículas subatómicas.

Figura 9.5: Tsung Dao Lee.

66

Cronología de la física de partículas

9.5.2.

Se viola la simetría de paridad por Chieng Shiung Wu, E. Ambler, R. W. Hayward, D. D. Hoppes, y R. P. Hudson.

Por otro lado, se encuentran evidencias de la violación de la simetría por parte de Chieng Shiung Wu, E. Ambler, R. W. Hayward, D. D. Hoppes, y R. P. Hudson, al encontrar este fenómeno en la desintegración beta de Cobalto-60.

Figura 9.6: Desintegración beta−1 de un núcleo.

67

Cronología de la física de partículas

9.5.3.

Modelo V-A de la fuerza débil por R. Feynman, M. GellMann, R. Marshak y E. Sudarshan.

También, es cuando Robert Marshak, George Sudarshan, Richard Feynman y Murray Gell-Mann proponen una teoría para interacciones débiles, siendo ésta una de las cuatro fuerzas fundamentales de la naturaleza.

Figura 9.7: Richard Phillips Feynman.

68

Cronología de la física de partículas

9.5.4.

El efecto Mößbauer por Rudolf Mößbauer.

Se tuvo que, en ese preciso año, Rudolf Mößbauer observó que los átomos de un sólido producían un fenómeno particular referente a los rayos γ. Por ello, el Efecto Mößbauer relaciona la emisión y absorción resonante y libre de retroceso de rayos γ.

Figura 9.8: Rudolf Ludwig Mößbauer.

69

Cronología de la física de partículas

9.6. 9.6.1.

Año 1959. Se comprueba el efecto de la gravedad en relojes por Robert J. Pound.

El experimento Pound-Rebka, propuesto por Robert V. Pound y G. A. Rebka Jr., se empleó para probar la teoriía de la Relatividad General. Se trata de una prueba de la predicción de la Relatividad General en que los relojes deberían ir a diferentes velocidades en diferentes lugares de un campo gravitatorio.

Figura 9.9: Corrimiento al rojo en el espectro visible. 70

Sección 10

Década de 1960.

10.1.

Año 1960.

10.1.1.

Neutrinos solares por Raymond Davis y John N. Bahcall.

El rompecabezas de los neutrinos comenzó con un experimento pionero y que, finalmente, mereció la concesión de un Premio Nobel, llevado a cabo por los científicos Raymond Davis y John N. Bahcall. Ambos observaron que la cantidad de neutrinos que llegaban a la Tierra desde el Sol era muy inferior a lo que los modelos predecían. Con lo cual, sólo le quedaba pensar que, o los modelos solares estaban equivocados, o algo les estaba sucediendo a los neutrinos en su camino.

Figura 10.1: Raymond Davis. 71

Cronología de la física de partículas

10.2.

Año 1961.

10.2.1.

Desarrollo de la teoría electrodébil por Sheldon Lee Glashow, Steven Weinberg y Abdus Salam.

Se trata de la teoría que unifica la fuerza electromagnética y la fuerza nuclear débil en una sola fuerza. Ésta fue desarrollada en el año 1961 por Sheldon Lee Glashow, Steven Weinberg y Abdus Salam. Contrario a lo que se comentó en su momento, posteriormente se ha visto confirmada en el laboratorio.

Figura 10.2: Sheldon Lee Glashow.

72

Cronología de la física de partículas

10.2.2.

Vía óctuple por Murray Gell-Mann y Yuval Ne’eman.

Ese mismo año, Murray Gell-Mann, en el Caltech y Yuval Ne’eman, en el Imperial College de Londres, estudiaron los detalles matemáticos de las simetrías de los hadrones en grupos de ocho y de diez, según don números cuánticos determinados. Aquel mismo año, Gell-Mann publicó un informe interno del Caltech, bajo el título "The eightfolrd way" (La vía óctuple), una versión ampliada del cual sería publicada en 1964, en colaboración con Neeman.

Figura 10.3: Yuval Ne’eman.

73

Cronología de la física de partículas

10.3.

Año 1963.

10.3.1.

Se conciben los quarks por Murray Gell-Mann y George Zweig.

Los quarks, junto con otras partículas, son los constituyentes fundamentales de la materia. Varias especies de quarks se combinan de manera específica para formar partículas tales como protones y neutrones. Existen seis tipos distintos que los físicos han denominado de la siguiente forma:

up. down. charm. strange. top. bottom.

74

Cronología de la física de partículas

Tal y como se comentó en el anterior apartado, Murray Gell-Mann comenzó su camino a través de la vía óctuple hasta que, por fin, se concibieron los quarks.

Figura 10.4: Murray Gell-Mann.

75

Cronología de la física de partículas

10.3.2.

Teoría de Cabibbo por Nicola Cabibbo.

Por otro lado, Nicola Cabibbo explicó por qué las desintegraciones de las partículas en las que hay un cambio del número cuántico, llamado extrañeza, son menos probables que las desintegraciones en las que no hay cambio de extrañeza. Para ello, supuso que los quarks intervinientes deberían estar mezclados mediante un ángulo que fijaba la proporción. Posteriormente, este ángulo sería bautizado con su nombre.

Figura 10.5: Nicola Cabibbo.

76

Cronología de la física de partículas

10.3.3.

Teoría cuántica de coherencia óptica por Roy J. Glauber.

Fue Roy Glauber quien estableció, en 1963, las bases de la óptica cuántica, mostrando así que la teoría cuántica se adentra en el campo de la óptica. Glauber explicó las diferencias fundamentales entre fuentes cálidas de luz, como las bombillas y los láser. Recibió el Premio Nobel de Física en 2005.

Figura 10.6: Roy J. Glauber.

77

Cronología de la física de partículas

10.4.

Año 1964.

10.4.1.

Detección de la radiación cósmica de fondo por Arno Penzias y Robert Wilson.

La radiación cósmica de fondo fue detectada por primera vez por los radioastrónomos Arno Penzias y Robert Wilson en 1964. Es interesante resaltar que 20 años antes se había predicho este fenómeno. Este tipo de radiación pertenece al rango de las microondas con una frecuencia de 160,2 GHz.

Figura 10.7: Espectro de la radiación cósmica de fondo.

78

Cronología de la física de partículas

10.4.2.

Violación de la simetría de inversión temporal por Val Fitch y James Cronin.

Figura 10.8: El origen de la flecha del tiempo. El origen de la flecha del tiempo (el tiempo avanza hacia adelante y no hacia atrás) es un problema aún abierto. Se sabe que, casi todas las leyes de la física son simétricas respecto al tiempo. Cabe añadir el término "casi" porque, un ejemplo natural de violación de la simetría temporal se da en la teoría de la fuerza electrodébil, lo que nos proporciona el origen asimétrico entre materia y antimateria.

79

Cronología de la física de partículas

10.4.3.

Partícula Ω por Nick Samios.

Continuando con el trabajo de Gell-Mann, Nick Samios descubrió la partícula más extraña de todas las que se conocían hasta entonces ya que, sólo está compuesta por quarks strange. Así nació la partícula Ω−.

Figura 10.9: Partícula Ω−.

80

Cronología de la física de partículas

10.4.4.

Mecanismo de Higgs por Peter Higgs, François Englert y Robert Brout.

Por otra parte, Peter Higgs estableció el mecanismo que permitió unificar la fuerza electromagnética y la fuerza nuclear débil, dando lugar al Modelo Electrodébil. De ahí, el Mecanismo de Higgs.

Figura 10.10: Peter Ware Higgs.

81

Cronología de la física de partículas

10.5.

Año 1967.

10.5.1.

Demostración de la existencia del modelo de los quarks por Henry Kendall, Jerome Isaac Friedman y Richard Edward Taylor.

Con el fin de fundamentar las teorías de Murray Gell-Mann sobre los quarks, en 1967, Henry Kendall, junto con Jerome Isaac Friedman y Richard Edward Taylor demostraron la existencia del modelo de los quarks en la física de partículas. Por ello, recibieron el Premio Nobel en 1990.

Figura 10.11: Partículas.

82

Cronología de la física de partículas

10.5.2.

Primer púlsar por Jocelyn Bell Burnell y Antony Hewish.

Se hace necesario definir un púlsar como una estrella de neutrones que emite radiación de forma periódica. La señal del primer púlsar detectado tenía un periodo de 1,33730113 s. En julio de 1967, Jocelyn Bell y Antony Hewish detectaron estas señales de radio de corta duración y extremadamente regulares, pensaron que podrían haber establecido contacto con una civilización extraterrestre. Sin embargo, tras una rápida búsqueda se descubrieron 3 nuevos púlsares que emitían en radio a diferentes frecuencias, por lo que se concluyó que estos objetos debían ser producto de fenómenos naturales.

Figura 10.12: Esquema de un púlsar.

83

Cronología de la física de partículas

10.5.3.

Modelo electrodébil con mecanismo de Higgs por Steven Weinberg y Abdus Salam.

Aplicando el Mecanismo de Higgs, el cual permitió crear el Modelo Electrodébil, Steven Weinberg y Abdus Salam consiguieron la ruptura espontánea de simetría electrodébil.

Figura 10.13: Steven Weinberg.

84

Cronología de la física de partículas

10.6.

Año 1968.

10.6.1.

Construcción de la primera cámara proporcional de hilos por Georges Charpak.

Ampliando el concepto de detectores, Georges Charpak combinó el concepto del contador Geiger-Müller y el contador proporcional, concibiendo así la cámara proporcional de hilos. Por este descubrimiento, Charpak fue galardonado con el Premio Nobel de Física en 1992.

Figura 10.14: Georges Charpak.

85

Sección 11

Década de 1970.

11.1.

Año 1970.

11.1.1.

Mecanismo GIM por Sheldon Glashow, John Iliopoulos y Luciano Maiani.

El Mecanismo GIM (acrónimo de Glashow, Iliopoulos y Maiani) es de aplicación en la física cuántica y describe como las corrientes neutras se suprimen en determinados grupos de quarks. Este fascinante planteamiento fue publicado en 1970 bajo el título: "Weak Interactions with LeptonHadron Symmetry".

Figura 11.1: Interacciones de partículas en el Modelo Estándar.

86

Cronología de la física de partículas

11.2.

Año 1973.

11.2.1.

Corrientes neutras por F.J. Hasert.

La medición de la corriente neutra se llevó a cabo entre Septiembre de 1972 y Marzo de 1973. Hasert observó que un electrón aislado en un campo de antineutrinos producía una corriente neutra como interacción débil.

Figura 11.2: Distribución de las corrientes neutras.

87

Cronología de la física de partículas

11.3.

Año 1974.

11.3.1.

Partícula J/ψ por Burton Richter y Samuel C.C.Ting.

Burton Richter, en el Centro Acelerador Lineal de Stanford, y Samuel Ting, en el Laboratorio Nacional de Brookhaven, anunciaron el mismo día su descubrimiento de una nueva partícula, siendo ésta la misma, pero descubierta en lugares diferentes. Ting y sus colaboradores la llamaron "J", mientras que Richter y sus colegas en la denominaron ψ. De ahí que se conozca como partícula J/ψ.

Figura 11.3: Burton Richter.

88

Cronología de la física de partículas

11.3.2.

Teoría de gran unificación por Howard Georgi y Sheldon Glashow.

El objetivo es unificar tres de las cuatro fuerzas fundamentales de la naturaleza:

La fuerza nuclear débil. La fuerza nuclear fuerte. La fuerza electromagnética.

Cabe resaltar que la fuerza gravitatoria no es considerada en esta teoría. Sin embargo,lo hace en la Teoría del Todo, la cual considera las cuatro fuerzas fundamentales.

Figura 11.4: Tres fuerzas a partir de una.

89

Cronología de la física de partículas

11.3.3.

Descubrimiento de un púlsar binario por Russell Alan Hulse y Joseph Hooton Taylor Jr.

Un concepto interesante para los astrofísicos son los púlsares binarios. Éstas reúnen las condiciones ideales para probar la relatividad general bajo fuertes campos gravitatorios. Un púlsar binario viene acompañado de una enana blanca o una estrella de neutrones. El primer pulsar binario fue el PSR 1913+16, o también conocido como "Púlsar binario Hulse-Taylor". Descubierto en 1974 en Arecibo por Joseph Hooton Taylor Jr. y Russell Alan Hulse, les valió el Premio Nobel de Física en 1993.

Figura 11.5: Radiotelescopio de Arecibo.

90

Cronología de la física de partículas

11.4.

Año 1975.

11.4.1.

Leptón tau por Martin Lewis Perl.

El tauón es una partícula elemental masiva que pertenece a los leptones. Con una una vida media muy corta y una masa, aproximadamente, el doble que la del protón, se cree que sea una partícula que forme parte de los agujeros negros. Ésta fue detectada por primera vez a través de unos experimentos dirigidos por Martin Lewis Perl. Perl ganó, en 1995, el Premio Nobel de Física.

Figura 11.6: Martin Lewis Perl.

91

Cronología de la física de partículas

11.5.

Año 1976.

11.5.1.

Quark charm por Gerson Goldhaber.

Hasta el momento sólo se había propuesto tres tipos de quarks: up, down y strange. Sin embargo, Goldhaber, a través de la detección de la partícula J/ψ, aumentó la familia de quarks, dando lugar al quark charm.

Figura 11.7: Gerson Goldhaber.

92

Cronología de la física de partículas

11.5.2.

Quark bottom por Leon Lederman.

Descubierto en el Fermilab en 1977, fue posteriormente confirmado en Hamburgo. Este hallazgo era esperado por los anteriores descubrimientos, lo cuales, dejaban una línea de importantes investigaciones. Por este hallazgo, Leon Lederman fue galardonado con el Premio Nobel de Física en 1988.

Figura 11.8: Leon Max Lederman.

93

Cronología de la física de partículas

11.6.

Año 1979.

11.6.1.

Gluón por Deutsches Elektronen-Synchrotron.

El gluón es la partícula portadora de la fuerza nuclear fuerte, de ahí que su nombre proceda de la palabra inglesa "glue" (pegamento) ya que, es el responsable de mantener unidos a los quarks dentro de los nucleones. Se trata de una subpartícula un tanto interesante. No posee masa ni carga eléctrica aunque, tiene color, es decir que además de transmitir la fuerza nuclear fuerte también es afectado por ella. Sus evidencias de existencia fueron constatadas en 1979 en Alemania, en el Deutsches Elektronen-Synchrotron.

Figura 11.9: Gluón.

94

Sección 12

Década de 1980.

12.1.

Año 1980.

12.1.1.

Descubrimiento del efecto Hall cuántico por Robert B. Laughlin, Horst Ludwig Störmer y Daniel Chee Tsui.

Análogo al efecto Hall, pero, a nivel microscópico, el efecto Hall cuántico es la base para caracterizar los materiales conductores de la electricidad. Fue descubierto en 1980 por Robert B. Laughlin, Horst Ludwig Störmer y Daniel Chee Tsui, a quienes le fue otorgado el Premio Nobel de Física en 1985.

Figura 12.1: Efecto Hall cuántico.

95

Cronología de la física de partículas

12.2.

Año 1981.

12.2.1.

Estructura cuántica de la teoría electrodébil por Gerardus’t Hooft.

Gerardus ’t Hooft fue capaz de elucidar la estructura cuántica de la interacción electrodébil en la física de partículas. Por ello, recibió el Premio Nobel de Física en 1999.

Figura 12.2: Gerardus’t Hooft .

96

Cronología de la física de partículas

12.3.

Año 1983.

12.3.1.

Bosones W y Z por Carlo Rubbia y Simon Van Der Meer.

Se tratan de partículas mediadoras de la fuerza nuclear débil. Aunque su existencia y características fueron predichas tiempo atrás, en 1983, en el CERN, con la llegada del Super Proton Synchrotron, Carlo Rubbia y Simon Van Der Meer pudieron demostrar la existencia de los bosones W y Z durante una serie de experimentos. Ambos científicos recibieron el Premio Nobel de Física en 1984.

Figura 12.3: Carlo Rubbia y Simon Van Der Meer.

97

Cronología de la física de partículas

12.4.

Año 1985.

12.4.1.

Teoría de cuerdas por Michael Green y John Henry Schwarz.

La teoría de cuerdas pretende fusionar todo el marco teórico de partículas y fuerzas fundamentales de la naturaleza a través de una única teoría. Para ello, se fundamenta en el modelo de cuerdas con el fin de representar las diferentes partículas. Estas cuerdas vibran en diferentes direcciones siendo necesario para que se cumpla la predicción 11 dimensiones. Hasta entonces, esta teoría tenía determinadas anomalías. No obstante, Michael Green, junto con John H. Schwarz, logró eliminarlas con el desarrollo del Mecanismo GreenSchwarz. Esto produjo la primera revolución de la Teoría de Cuerdas.

Figura 12.4: Michael Green y John Henry Schwarz.

98

Cronología de la física de partículas

12.4.2.

Desarrollo de métodos para enfriar y atrapar átomos con luz láser por Steven Chu, Claude Cohen-Tannoudji y William Daniel Phillips.

Steven Chu, junto con Claude Cohen-Tannoudji y William Daniel Phillips desarrollaron un método, a partir de una matriz de haces láser entrecruzados, con el fin de crear un efecto que causaba una reducción de la velocidad de los átomos desde los 4000 km/h hasta 1 km/h. Se puede destacar que la temperatura que los átomos frenados alcanzaban se aproximaba al cero absoluto. Chu, Cohen-Tannoudji y Phillips recibieron el Premio Nobel de Física en 1997.

Figura 12.5: Haz Láser.

99

Cronología de la física de partículas

12.5.

Año 1987.

12.5.1.

Detección de la primera supernova por Ian Shelton y Oscar Duhalde.

SN 1987A fue una supernova que tuvo lugar en las afueras de la Nebulosa de la Tarántula, situada en la Gran Nube de Magallanes, ocurriendo, aproximadamente, a 168.000 años luz de la Tierra. La luz emitida llegó a la Tierra el 23 de febrero de 1987. Fue descubierta por Ian Shelton y Oscar Duhalde en el Observatorio Las Campanas, en Chile, el 24 de febrero de 1987.

Figura 12.6: SN 1987A.

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Cronología de la física de partículas

12.6.

Año 1988.

12.6.1.

Descubrimiento de la magnetoresistencia gigante por Albert Fert y Peter Grünberg.

Se trata de un efecto cuántico observado en elementos de película delgada. Estos se forman por de capas ferromagnéticas y no magnéticas alternadas. De esta forma, se comprueba que el efecto se manifiesta cuando se disminuye de forma significativa la resistencia eléctrica inmersa en un campo magnético. Sus descubridores recibirán el Premio Nobel de la Física en 2007.

Figura 12.7: Magnetoresistencia gigante en válvula de spin.

101

Cronología de la física de partículas

12.7.

Año 1989.

12.7.1.

Descubrimiento de la Gran Muralla por Margaret Geller y John Peter Huchra.

Empleando datos de un sondeo de corrimiento al rojo, Margaret Geller y John Huchra descubren la Gran Muralla. Se trata de la segunda superestructura conocida más grande del Universo. Compuesta de galaxias, está aproximadamente a 200 millones de años luz.

Figura 12.8: Margaret Geller.

102

Sección 13

Década de 1990.

13.1.

Año 1995.

13.1.1.

Síntesis del primer condensado de Bose-Einstein en gases enrarecidos de átomos alcalinos por Eric A. Cornell, Wolfgang Ketterle y Carl E. Wieman.

Es necesario comentar (en un nivel básico), que el condensado de Bose-Einstein es el estado de agregación de la materia que se da en ciertos materiales a muy bajas temperaturas. Eric Cornell y Carl Wieman lograron, en 1995, por primera vez, enfriar átomos al más bajo nivel de energía, empleando un método de enfriamiento por láser.

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Cronología de la física de partículas

Por este hallazgo ambos científicos fueron galardonados con el Premio Nobel de Física en 2001.

Figura 13.1: Condensado de Bose-Einstein.

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Sección 14

Década del 2000.

14.1.

Año 2008.

14.1.1.

Origen de la ruptura de simetría, que predice la existencia de, al menos, tres familias de quarks en la naturaleza por Yoichiro Nambu, Makoto Kobayashi y Toshihide Maskawa.

Por sus predicciones sobre la ruptura de simetría, Yoichiro Nambu, Makoto Kobayashi y Toshihide Maskawa fueron galardonados con el Premio Nobel de Física en 2008. Se trata de una materia compleja, por lo que se explicará de una forma más sencilla lo que consiste la ruptura de simetría. Supóngase un balón, en reposo, en la cima de una montaña. Esto implica que el balón se encuentra en un estado de simetría.

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Cronología de la física de partículas

Sin embargo, este estado es inestable ya que, a la menor perturbación el balón rodaría montaña abajo.

Figura 14.1: Ruptura de simetría espontánea.

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