1. Modelo Estándar
- Quarks (u, d, c, s, t, b): forman hadrones. El protón es uud; el neutrón, udd.
- Leptones: electrón, muón, tau y sus neutrinos.
- Bosones: mediadores de las interacciones y el bosón de Higgs (origen de la masa, confirmado en el LHC en 2012).
- Cada partícula tiene una antipartícula (p. ej. positrón).
2. Hadrones
- Bariones: tres quarks (protón, neutrón).
- Mesones: quark + antiquark (pión).
3. Aceleradores y detección
Aceleradores como el LHC (CERN) colisionan partículas a energías enormes y se analizan los productos con detectores. Los cálculos relativistas ($E=\gamma mc^2$) son imprescindibles.
4. Ejemplos resueltos
¿Qué carga tiene el protón en términos de quarks ($u=+2/3$, $d=-1/3$)?
$uud$: $+\tfrac23+\tfrac23-\tfrac13 = +1$
¿Qué quarks forman el antiprotón y cuál es su carga?
El protón es $uud$, luego el antiprotón es $\bar u\bar u\bar d$: $-\tfrac23-\tfrac23+\tfrac13=-1$.
Comprueba que la desintegración $n\to p+e^-+\bar\nu_e$ conserva la carga y el número leptónico.
Carga: $0\to+1-1+0=0$ ✓. Número leptónico: $0\to0+1+(-1)=0$ ✓ (el electrón tiene $L=+1$ y el antineutrino $L=-1$).
¿Puede ocurrir $\pi^+\to\mu^++\nu_\mu$?
Carga: $+1\to+1+0$ ✓. Número leptónico: $0\to(-1)+(+1)=0$ ✓ ($\mu^+$ es antipartícula). Sí puede ocurrir (interacción débil).
5. Errores frecuentes
- Creer que la gravedad es la interacción más intensa a escala atómica (es la más débil).
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3. Modelos atómicos
Del modelo de Rutherford al de Bohr
El modelo de Rutherford introdujo un núcleo pequeño y positivo con electrones a su alrededor, pero no explicaba la estabilidad del átomo ni sus espectros lineales.
Niels Bohr propuso órbitas permitidas cuantizadas. Para el átomo de hidrógeno:
$E_n = -\frac{13.6}{n^2}\ \text{eV}$
$r_n = n^2 r_1$
con $r_1 = 0.53\ \text{Å}$.
Modelo mecánico-cuántico
El modelo actual describe electrones mediante orbitales, que son regiones de probabilidad. Cada electrón se caracteriza por cuatro números cuánticos:
- Principal $n$.
- Secundario o azimutal $l$.
- Magnético $m_l$.
- Espín $m_s$.
Comparación entre modelos
| Modelo | Idea principal | Limitación |
|---|---|---|
| Rutherford | Núcleo central y electrones alrededor | No explica estabilidad ni espectros |
| Bohr | Órbitas cuantizadas | Solo describe bien átomos sencillos |
| Mecánico-cuántico | Orbitales y probabilidad | Requiere formalismo matemático más complejo |