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El mundo y sus partículas
Dr. Genaro Toledo
IFUNAM
G. Toledo
Programa
Introducción
 1.- Las partículas y las interacciones
 2.- Ecuación de Dirac e invariancia 
de norma
 3.- El modelo estandar
 4.- Experimentos
 5.- Retos, mitos y realidades
G. Toledo
Introducción
G. Toledo
Las partículas 
y
las interacciones
G. Toledo
Cuántas 
partículas 
conoces ? . . .
G. Toledo
Las partículas
 FERMIONES
Espín fraccionario
 BOSONES
Espín entero
G. Toledo
Fermiones
 LEPTONES  QUARKS
G. Toledo
Bosones
Mediadores de las interacciones entre 
fermiones.
 Gravitón
 W, Z
 Fotón
 Gluón
G. Toledo
G. Toledo
G. Toledo
Grupos de 2 quarks se llaman mesones
G. Toledo
Grupos de 3 quarks se llaman bariones
 Protón (uud)
 Neutrón (udd)
 L (uds)
 W (sss)
 S (dds)
Las cargas totales 
deben ser enteras 
G. Toledo
Las interacciones
 Interacción Gravitacional
 Interacción Electromagnética
 Interacción Fuerte
 Interacción Débil
G. Toledo
Interacción Gravitacional
 Ley de Newton
 Mediador: gravitón
 Alcance: infinito
 Fuente: masa
 Orbitas planetarias
G. Toledo
Interacción Electromagnética
 QED
 Mediador: fotón
 Alcance: infinito
 Fuente: carga 
eléctrica
 Dispersión de 
Rutherford
G. Toledo
Interacción Fuerte
 QCD
 Mediador: gluón
 Alcance: fermi
 Fuente: carga de 
color
 Dispersión protón-
neutrón
G. Toledo
Interacción Débil
 Teoría de Fermi
 Mediador: W, Z
 Alcance: 0.0001 fermi
 Fuente: carga débil
 Decaimiento beta 
G. Toledo
Cuántas 
partículas 
conoces ? . . .
G. Toledo
G. Toledo
Ecuación de Dirac 
e
invariancia de norma
G. Toledo
De dónde surgen
los mediadores
de la interacción ?
G. Toledo
Ecuación de Dirac
(g.p – m ) Y = 0
 Relativista
 Espín
 Invariancia de Lorentz
 Lineal en las derivadas
G. Toledo
Observaciones a las soluciones
 Soluciones de 
energía positiva y 
negativa
 Estados izquierdos y 
derechos
 Caso de masa cero, 
separables
 Paridad
G. Toledo
Lagrangeano
 L= E. Cinética – E. Potencial
 Ecuaciones de Euler-Lagrange
 Ecuaciones de movimiento similares, por 
ejemplo, a las leyes de Newton
 Teorema de Noether (cantidades 
conservadas)
G. Toledo
Invariancia de norma
 Observables y la función de onda al 
cuadrado.
 Función de onda determinada hasta una 
fase.
 Invariancia: GLOBAL LOCAL 
G. Toledo
Lagrangeano de una partícula 
fermiónica libre
 Término cinético
 Término de masa del fermión
 Término de interacción
 Término de masa del campo de norma?
EXIGIENDO INVARIANCIA DE 
NORMA
G. Toledo
La naturaleza invariante de norma
 Electromagnetismo: Fotones (1)
 Débil: W, Z (3)
 Fuerte: Gluones (8)
G. Toledo
De dónde surgen
los mediadores
de la interacción ?
G. Toledo
P A U S A
G. Toledo
Y la investigación ?
 Información: Particle Data Group
http://pdg.lbl.gov/cpep.html
 Base de datos sobre nuevos trabajos
http://arxiv.org
 Publicación de trabajos.
 Tesis y docencia
G. Toledo
El modelo estandar
G. Toledo
Cómo calculamos
la probabilidad 
de que ocurra un proceso ?
G. Toledo
Unificación electrodébil
 Unificación electricidad-magnetismo:
Maxwell
 Electromagnetismo-débil: Weinberg, 
Glashow y Salam
 Simetría rota a bajas energías
G. Toledo
La naturaleza invariante de norma
 Electromagnetismo: Fotones (1)
Simetría: U(1)
 Débil: W, Z (3)
Simetría: SU(2)
 Fuerte: Gluones (8)
Simetría: SU(3)
Generadores D2 - 1
G. Toledo
Teoría electrodébil: U(1)xSU(2)
 Mecanismo de Higgs
Rompimiento espontaneo 
de la simetría
 Genera las masas de 
los bosones de norma. 
G. Toledo
Lagrangeano = Corriente débil cargada (W)
+ Corriente neutra (Z)
+ Corriente EM neutra (fotón)
REGLAS DE FEYNMAN
G. Toledo
Simetrías discretas
 Paridad: Inversión espacial
 Conjugación de carga
 Inversión Temporal
 Teorema CPT
 Violación de CP
G. Toledo
Cómo calculamos
la probabilidad 
de que ocurra un proceso ?
G. Toledo
Experimentos
G. Toledo
Cómo medimos
lo que pasa con 
una partícula ?
G. Toledo
Aceleradores
G. Toledo
Registro de eventos
G. Toledo
Detección de partículas del espacio
G. Toledo
Observaciones astronómicas
 Supernovas
 Estrellas de 
neutrones
G. Toledo
Plasma de quarks y gluones
G. Toledo
Cómo medimos 
lo que pasa 
con una partícula?
G. Toledo
Retos, mitos 
y realidades
G. Toledo
Ya les medimos
y 
explicamos todo ?
G. Toledo
 Gran unificación
 Valores de las masas de las partículas
 Simetría entre fermiones y bosones
 Mundo de 4 dimensiones
 Propiedades de partículas
 Como se distribuyen los quarks en el hadron
 Deconfinamiento de quarks
G. Toledo
Unificación de las interacciones ?
G. Toledo
Nuevos estados de la materia?
G. Toledo
Y si viven
 Mesones con 
espín=1
 Conocemos la carga 
vía su conservación
 El momento dipolar 
magnético de 
ninguno de ellos se 
ha podido medir.
0.00000000000000000000001 segundos ?