Fisica Cuantica - Particulas Elementales.pdf -...

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Part´ ıculas Elementales Joaqu´ ın G´omez Camacho June 6, 2001
PR ´ OLOGO Estos apuntes contienen la materia de la asignatura “Part´ ıculas Elementales” que se imparte en el quinto curso de la especialidad de Fundamental de la licenciatura de F´ ısicas de la Universidad de Sevilla. El objetivo principal de los apuntes es introducir el Modelo Est´ andar, que es la teor´ ıa que describe los componentes fundamentales de la naturaleza y sus interacciones. Se presupone que el lector sabe que la materia est´ a compuesta de electrones, protones y neutrones, y que ´ estos interaccionan entre s´ ı mediante interacciones electromagn´ eticas, fuertes y d´ ebiles seg´un las leyes de la mec´ anica cu´ antica. A partir de ah´ ı, se introducen las restantes part´ ıculas subat´ omicas y se describen sus propiedades, su estructura, las part´ ıculas elementales que las componen y sus interacciones, de tal forma que, al final, el lector sepa que la materia est´ a compuesta de quarks y leptones, que interactuan por la interacci´ on de color y la interacci´ on electrod´ ebil en el marco de una clase especial de teor´ ıas cu´ anticas de campo llamadas teor´ ıas gauge locales. El cap´ ıtulo primero contiene una breve introducci´ on hist´ orica que describe la evoluci´ on del “paradigma” que describe lo que, en cada momento hist´ orico, se consideraba como los componentes fundamentales de la naturaleza. Esta introducci´ on tiene gran importancia ya que pone en su contexto la importancia del objetivo principal de la asignatura, que no es otro que introducir el Modelo Est´ andar como paradigma actual de los componentes fundamentales de la naturaleza. El cap´ ıtulo segundo describe las propiedades de las part´ ıculas utilizando las interac- ciones que aparecen en f´ ısica nuclear (fuerte, electromagn´ etica y d´ ebil), y la teor´ ıa cu´ antica no relativista. En concreto, se relaciona, usando la regla de oro de Fermi, el tiempo de vida de una part´ ıcula con el hamiltoniano de interacci´ on que produce su decaimiento. El cap´ ıtulo tercero contiene una descripci´ on fenomenol´ ogica de la gran diversidad de part´ ıculas subat´ omicas que se descubrieron a lo largo de este siglo. Entre las part´ ıculas subat´ omicas, los leptones, que no sienten la interacci´ on fuerte, aparecen como part´ ıculas elementales. ´ Estos son el electr´ on, el mu´ on, la tau y sus neutrinos respectivos. Los hadrones, que sienten la interacci´ on fuerte, no son elementales. Han de introducirse una serie de n´umeros cu´ anticos (n´umero bari´ onico, extra˜neza, isosp´ ın) para realizar una clasificaci´ on preliminar de los hadrones. En el cap´ ıtulo cuarto se introduce la descripci´ on de la interacci´ on entre las part´ ıculas subat´ omicas usando la teor´ ıa cu´ antica de campos. Esta secci´on es breve, ya que se supone que la mayor´ ıa de los estudiantes han cursado un asignatura espec´ ıfica de teor´ ıa cu´ antica de campos. Si este no fuera el caso, deber´

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