Modelo Estándar . Física de Partículas.

Unidad didáctica: Modelo Estándar. Física de Partículas

Curso: 4º ESO

Materia: Física y química

Profesor : María T. Vega Martínez

Justificación: Por sus caracteristicas este tema únicamente se aborda en cursos superiores. Es un tema es interesante para aquellos alumnos que  tienen especial interés en la asignatura de Física. El alumnado que ha elegido realizar esta unidad está bastante interesado por los temas de física cuántica y la física moderna. Es un alumnado de alto rendimiento.

Objetivos: En esta unidad se pretende que el alumnado llegue a entender y comprender que el desarrollo de la Física supone un proceso cambiante y dinámico, sin dogmas ni verdades absolutas, mostrando una actitud flexible y abierta frente a opinions diversas. Analizar las caracteristicas de las partículas elementales. Analizar las aportaciones científicas en el descubrimiento de las partículas elementales.

	Esquema general Temporalización: 1 mes
	Inteligencias Múltiples y actividades
Tipo de inteligencia	Temporalización	Actividad/ objetivo	Forma de trabajo	Evaluación
Lingüística	2 mes	Consultar libros relacionados con el tema. Escribir trabajo	Individual..	Clase
Interpersonal	2 clases	Ver esquemas de trabajo y consultar revistas científicas	Individual.	clase
Viso-espacial/ cinestésica	2 classes	Grabar video. Y visualizar videos	Trabajo en grupo
Naturalista/ intrapersonal	1 semana	Leer trabajo y exponer trabajo	Trabajo individual o en parejas	Trabajo escrito.
Musical

Inteligencia Lingüística

Objetivo: -Adquirir el conocimiento y el lenguaje necesario para trabajar el tema y hacer un  Proyecto interesante que sera a su vez fácil de entender.

Nivel 1. ACIS
Nivel 2. LA MAYORÍA
Nivel 3. ALTAS CAPACIDADES/RENDIMIENTO
Actividad 1	Clasificación y propiedades de las partículas fundamentales	Explicación expositive  al resto de la clase
Actividad 2	Lectura y discusión  sobre el tema.	El CERN. Significado
Actividad 3	Consolidar y aclarar los diferentes coceptos y procedimientos del tema desarrollado	Expositiva.

Tiempos parciales. 1 semana

Inteligencia Interpersonal

Objetivo: - Aprender a través de un video el tema tratado en el Proyecto.

Nivel 1. ACIS
Nivel 3. Altas capacidades
Actividad 1	Visualizar un tutorial sobre física de partículas.	Watch the video tutorial about how to dance break. Do the comprehension activities. Analise the different parts and think about the method of work the author has followed.
Actividad 2	Escribir sobre la materia oscura. La antimateria.	Buscar en internet sobre el tema elegido.

Tiempo parciales.  1 semana

Inteligencia Visoespacial / Cinestésica

Objetivo:

Nivel 1. 2 y 3
Nivel 3. ALTAS CAPACIDADES/RENDIMIENTO
Actividad 1	Entrevista	Entrevista a un científico que trabaje o haya trabajado en el CERN o CSIC.

Tiempo parciales.  1 semana

Inteligencia Naturalista

Objetivo

Nivel 2. LA MAYORÍA
Nivel 3. ALTAS CAPACIDADES/RENDIMIENTO
Actividad 1	Visita al Centro Nacional de aceleradores C.N.A. .	- Documentación sobre la visita.
Actividad 2	Investigación sobre la evolución histórica.	Evolución del estudio de la materia a lo largo de la historia.

Modelo Estándar                                       Física de Partículas                                                   María sanchez granados                                                               ies alvarez cubero.                                   4º eso                                                                    Índice ·        Introducción ·        Propiedades de las Partículas ·        Interacciones Fundamentales ·        Clasificación ·        Materia Oscura ·        Antimateria ·        Investigaciones sobre Física de Partículas ·        Bibliografía Introducción El modelo estándar es uno de los principales pilares de la física. Ayuda a entender la composición de todo lo que nos rodea, ya sea materia o fuerzas. Los científicos han intentado responder a la incógnita de la constitución de la materia desde Leucipo y Demócrito hasta la actualidad. Al principio, el átomo se definió como indivisible e incomprensible hasta el descubrimiento del electrón en sus zonas externas. Más tarde, gracias a una pequeña modificación en el experimento que permitió el conocimiento del electrón (tubo de rayos catódicos), se logró descubrir el protón en el experimento del tubo de rayos canales. El descubrimiento del neutrón fue más complejo debido a su ausencia de carga. Por consiguiente, la teoría atomista se ha ido mejorando gracias a científicos como Dalton, Rutherford, Börh, Sommerfield… Sin embargo, muchos componentes del modelo estándar son relativamente recientes, la existencia del quark se demostró totalmente en 1973 y la de los bosones W y Z diez años más tarde. Pero si esas fechas se antojan antiguas, el ejemplo más actual es el bosón de Higgs cuyo descubrimiento en 2012 le otorgado a su descubridor, Peter Higgs, el premio Nobel de física en 2013. Las investigaciones en física de partículas continúan, ¿y si todo lo que sabemos hasta ahora es solo la punta de un gran iceberg? Propiedades de las Partículas ·        Masa: cantidad de materia que posee la partícula en su determinado volumen. En el SI medido en kilogramos (kg). ·        Carga: mide la capacidad de la partícula a interactuar con fotones. Esta propiedad no cambia con el tiempo, se conserva. Según el SI la medimos en culombios (C). ·        Espín: momento angular o cinético intrínseco de la partícula, de modo simplificado, podríamos decir que es la propiedad por la que la partícula gira en torno a sí misma. Solo admite ciertos valores. Interacciones Fundamentales ·        Fuerza Electromagnética: unión de las fuerzas eléctrica y magnética, es decir, se expresa mediante magnetismo y cargas. Une átomos y moléculas. ·        Fuerza Nuclear Fuerte: permite la unión, a nivel atómico, de partículas que deberían repelerse por tener la misma carga. Es la fuerza más intensa. ·        Fuerza Nuclear Débil: permite el cambio de sabor entre quarks. ·        Gravitatoria: fuerza la atracción entre cuerpos, proporciona estabilidad al universo y permite la formación de nuevos planetas y sistemas. Es una fuerza muy débil. Clasificación Ordenamos las partículas en familias o grupos según su comportamiento frente a las cuatro fuerzas, mas, carga eléctrica, valor del espín y en algunos casos, momento magnético y estabilidad: Fermiones: Su espín es semientero. Estás partículas pueden agruparse para formar cuerpos mayores, los átomos, que a su vez componen moléculas para dar lugar a cuerpos o sistemas de grandes dimensiones. Se ven limitados por el Principio de exclusión de Pauli, el cual enuncia que dos fermiones no pueden tener los mismos números cuánticos, lo que quiere decir que los electrones no pueden aglomerarse en capas cercanas al núcleo pues no pueden compartir su estado de energía cuántica. Esta propiedad les proporciona rigidez. Dentro de este grupo diferenciamos: ·        Quarks: pueden ser de seis tipos o sabores: -Up (arriba) -Down (abajo) -Charm (encanto) -Extrange (extraño) -Top (cima) -Bottom (fondo) Pueden cambiar de sabor mediante los bosones W y Z Up y Down son los únicos que se conservan, los demás tipos son muy inestables y se desintegraron poco después del Big Bang. También diferenciamos quarks por colores*: -Rojo -Verde -Azul Los quarks se agrupan formando grupos incoloros, es decir, neutros, y son unidos por gluones, las partículas bosónicas que hacen posible que las cargas de color puedan ejercer intensas fuerzas nucleares unas sobre otras. *No guarda relación con los colores visibles de la luz. Gracias a la unión de los quarks obtenemos los hadrones dentro de los cuales distinguimos: Bariones: compuestos de tres quarks, en este grupo se incluyen el protón (uud) y el neutrón (ddu), también lambda, delta, sigma, xi, y omega. Están afectados por la interacción nuclear fuerte. La materia bariónica es toda aquella materia formada por bariones, es importante distinguirla de la no bariónica por la cual se forman sistemas como los agujeros negros. ·       Leptones: se diferencian de los fermiones compuestos de quarks porque no sufren las intensas fuerzas nucleares características de éstos. Tienen solo una carga negativa y un neutrino asociado. -Electrón -Tauón -Muón -Neutrino Bosones: las fuerzas se producen por el intercambio de las partículas bosónicas que las transmiten. Su espín es entero. En lugar de seguir el principio de exclusión, siguen las estadísticas de Bose-Einstein, por la cual un número ilimitado de ellos pueden estar en el mismo estado de energía y condensarse, normalmente a temperaturas muy bajas. Se dice que son portadores de fuerzas y de las interacciones, ya que el intercambio de bosones significa la acción de una fuerza. La masa del bosón determina la intensidad de la fuerza. Mesones: compuestos de un quark y un antiquark. Bosones de Gauge: responsables de las interacciones principales. ·        Fotones: encargado de las manifestaciones del espectro electromagnético, transporta todas las radiaciones, viaja a una velocidad constante c y no tiene masa ·        Gluones: es el portador de la interacción nuclear fuerte y unen los quarks. No tienen masa pero sí carga de color, lo que significa que ellos mismos sufren la interacción nuclear que portan. ·        Bosones W y Z: o bosones intermedios, son responsables de la fuerza nuclear débil. Tienen mucha masa y cambian el sabor de leptones y quarks El bosón de Higgs: está parcialmente confirmada por el CERN, esta partícula explicaría por qué las partículas elementales tienen masa. En resumen: Fermiones Bosones Quarks Leptones Fotones (γ) Up (u) Electrón (e) Gluones (g) Down (d) Muón (μ) Bosón W (W) Strange (s) Tauón (τ) Bosón Z (Z) Charm (c) Neutrino (n) Top (t) Bottom (b) Materia Oscura La materia común está formada por fermiones, pero ésta solo compone el 4% del universo. No tenemos mucho conocimiento sobre la materia oscura, sin embargo sabemos que no interactúa con la radiación electromagnética. Los científicos creen que compone el 23% del universo, siendo el porcentaje restante energía oscura. Su existencia la deducimos de: ·        Lentes gravitacionales en lugares donde parece no haber nada. ·        Velocidad de rotación en las galaxias, las partes externas deberían girar más despacio que las centrales, sin embargo, estimamos que giran a la misma velocidad aproximadamente. ·        La existencia misma de las galaxias, las galaxias por sí mismas no podrían ejercer suficiente gravedad para mantener todas sus estrellas, de no ser por la gran nube de materia oscura 9 veces mayor que la galaxia que creemos que existe. Si logramos observar experimentalmente la materia oscura y descubrir su composición, deberíamos añadir partículas o reformar el modelo estándar, lo cual es una prueba de que aun está incompleto. Antimateria Las antipartículas son idénticas a las partículas solo que poseen una carga opuesta. Aniquilación Partícula-Antipartícula: cuando una partícula y su correspondiente antipartícula chocan, toda su masa se transforma en energía u otras partículas, esta aniquilación se produce por la acción de la interacción electromagnética. Investigaciones sobre Física de Partículas Aceleradores de Partículas: son instrumentos tubulares que utilizan campos electromagnéticos para hacer que partículas cargadas colisionen a gran velocidad. Estos dispositivos pueden ayudarnos a hacer avances en medicina (para tratamiento del cáncer) y tecnología, no solo en física. Pueden ser lineales o circulares. Se acompañan de un detector que registra las colisiones. Un ejemplo de acelerador son los televisores antiguos que albergaban un tubo de rayos catódicos en su interior. CERN: Consejo Europeo para la Investigación Nuclear. Situado en la frontera entre Francia y Sucia, a las afueras de Ginebra, es el mayor laboratorio del mundo de física con 22 países miembro. Un gran número de científicos de universidades de todo el mundo acuden al CERN para realizar investigaciones. Los instrumentos usados son aceleradores de partículas, que hacen que éstas choquen a velocidades próximas a la de la luz, y detectores, que recogen las colisiones. Este laboratorio contaba con LEP (Large Electron-Positron collider o en español, gran colisionador de electrones y positrones) de 27 kilómetros. Parte de su estructura se usó para construir el LHC (Large Hadron Collider o gran colisionador de hadrones) que hasta la fecha, es el mayor del mundo, y plantea resolver cuestiones como de qué se compone el 96% invisible del universo. Bibliografía ·        Las fuerzas fundamentales del Unvierso – Astronomía educativa ·        Fuerzas Fundametales - Hyperphysics ·        Youtube: ¿De qué está compuesto el Universo? - El Modelo Estándar de física de partículas. Canal: Date un Vlog (Javier Santaolalla) ·        Youtube: ¿Qué es el ESPÍN? Canal: FISICALIMITE (Guillermo Suárez) ·        Modelo estándar de la física de partículas. Wikipedia, la enciclopedia libre. ·        Libro: 50 cosas que hay que saber sobre física. Joanne Baker ·        Quarks-Hyperphysics ·        Quark. Wikipedia, la enciclopedia libre. ·        Baríon-Hyperphysics ·        Barión. Wikipedia, la enciclopedia libre. ·        Mesón-Hyperphysics ·        Bosón-Hyperphysics ·        Estadísticas de Bose-Einstein - Hyperphysics ·        Bosón. Wikipedia, la enciclopedia libre. ·        Fotón. Wikipedia, la enciclopedia libre. ·        Gluón. Wikipedia, la enciclopedia libre ·        Bosones W y Z. Wikipedia, la enciclopedia libre. ·        CERN. Página oficial. ·        Youtube: 10 cosas que no sabías sobre el CERN. Canal: Date un Vlog (Javier Santaolalla) ·        CERN accelerators. Página oficial del CERN. ·        Acelerador de Partículas. Espaciociencia ·        El libro de la Física. Clifford A. Pickover.: ·        Youtube: ¿Cómo Sabemos la Composición del Universo? Canal: QuantumFracture (José Luis Crespo) ·        Youtube: El 96% del universo. Canal: CdeCiencia (Martí) ·        Youtube: ¿Qué es la Materia Oscura? Canal: Instituto de Física Teórica (José Luis Crespo)