Pequeña introducción a la física de partículas

En esta ocasión nos vamos a centrar en las partículas más básicas que hay y que se dividirán en fermiones y bariones ¡Entra y descubre-lo!

Al ser la física de partículas quizá una de las ramas más llamativas (el LHC del CERN en Ginebra, es un buen ejemplo, ya que es bastante conocido), me he decantado por hacer una pequeña introducción sobre las partículas fundamentales, qué son y cuales hay.

Para empezar, las partículas fundamentales son, partículas que hasta la fecha son las más básicas que hay (no están formadas por partículas aún menores). Se dividirían en fermiones y bariones.

 

Los fermiones (en morado, quarks y en verde, leptones) y los bosones (en rojo).

 

Vamos por los fermiones, o partículas de materia, deben su nombre al físico Enrico Fermi. Forman los nucleones (protones y neutrones). ¿Y el electrón? El electrón es en si mismo un fermión, no está formado por partículas menores. Dentro de los fermiones encontramos a los quark, de los cuales hay séis tipos: up (arriba), down (abajo), encantado (charm), extraño (strange), cima (top) y fondo (bottom). Por otro lado tenemos a los leptones, entre los cuales se encuentra el ya mencionado electrón, entonces tenemos: electrón, muón y tauón (o simplemente mu y tau). Hay unos neutrinos, aún dentro de los leptones, que están asociados a cada leptón anteriormente citado: neutrino electrónico, neutrino muónico y neutrino tauónico.

Una asociación de quarks, forman los llamados hadrones. Estos a su vez se dividen en dos grupos, bariones y mesones. Los bariones (o partículas pesadas) están formadas por tres quarks. Tanto el neutrón como el protón son bariones, por lo que poseen tres quarks cada uno. Los mesones están formados por un quark y un antiquark (un antiquark es un quark con la misma vida media, masa y espín, pero con carga opuesta).

Pasando a los bosones, son partículas portadoras de fuerza. El concepto es bastante más abstracto que para los fermiones, comentar como curiosidad que los bosones tienen el espín entero, mientras que los fermiones lo tienen semientero (no definiré el concepto de espín pues me llevaría seguramente toda una entrada entera). Existen las partículas portadoras de la fuerza/interacción electromagnética, los fotones. Los bosones W y Z para la interacción nuclear débil (unión entre quarks), los gluones para la nuclear fuerte (unión entre nucleones, la usada en física nuclear) y el gravitón que es la hipotética partícula portadora de la interacción gravitatoria (no ha sido confirmada, pero puesto que dicha interacción existe parece razonable suponer que esta partícula exista también).

Como curiosidad, el bosón de Higgs que fue descubierto recientemente también es un bosón simple, y sería el encargado de proporcionar masa a las demás partículas. Así pues, se usa la terminología “campo” asociado a un bosón, y si una partícula interacciona con un determinado campo, significa que adquiere sus “propiedades”. Por ejemplo, un quark interacciona con un campo de Higgs, ya que tiene masa.

Espero que haya sido claro y comprensible, este pequeño inciso en física de partículas. No he abordado temas como el color o el sabor de los quarks, y muchos ejemplos son simples aproximaciones para entender un poco de qué trata el tema, y así debe ser pues el propósito de esta entrada era hacer comprender estos conceptos de forma amena sin usar terminología excesiva.

Saludos y hasta la próxima

Kapteyn

Introducción sobre las estrellas 1

En esta pequeña serie, con dos entradas, trataremos un poco el concepto de estrella, qué es y su vida, a grandes rasgos. En esta primera parte me centraré en su composición y como se clasifican. ¿Quieres saber más? ¡Entra y descubre-lo!

En esta pequeña serie, con dos entradas, trataré un poco el concepto de estrella, qué es y su vida, a grandes rasgos. En esta primera parte me centraré en su composición y como se clasifican, para luego en la segunda parte centrarme en los cambios que sufren a lo largo de su vida, así como su muerte.

Así que, para empezar cabría preguntarnos, ¿qué es una estrella? Una estrella es una acumulación de materia, principalmente Hidrógeno, seguido de Helio, y otros elementos que dependen del tipo y edad de la estrella. Emite radiación electromagnética, no solo en el espectro visible (la luz que puede ver el ojo humano) sino en otros espectros. Como emiten radiación (energía), debe haber algún proceso que les permita transformar su materia en energía. Este proceso es, en su mayoría, de fusión nuclear del Hidrógeno a Helio.

No entraré en excesivo detalle del procedimiento, tanto por complejidad como porqué le corresponde mejor a la segunda entrada. Aún así, comentar brevemente que las estrellas fusionan el hidrógeno por dos procesos, siendo el principal la cadena protón-protón (o también cadena p-p) en estrellas de masas similares a la de nuestro Sol, y el ciclo CNO toma más importancia en estrellas más masivas. Esto es, que dadas ciertas condiciones de temperatura y presión, se pueden unir dos núcleos de Hidrógeno (protones, ya que el Hidrógeno solo posee un protón y un electrón) y formar un núcleo de Helio (dos protones), liberándose mucha energía en el proceso.

Ahora que sabemos qué es una estrella, vamos a ver cual es la clasificación actual:

Las estrellas se clasifican por tipo espectral, normalmente, ya que existe una relación entre la luminosidad y temperatura de las estrellas. Se puede representar pues, en lo que en astrofísica llamamos un diagrama de Hertzprung-Russell (o diagrama HR). Las estrellas más masivas, y más azuladas, serán las que tengan mayor temperatura y luminosidad. Por el contrario, las menos masivas y más frías son las que tienen un color rojo (dedicaré una entrada a la relación entre el color de una estrella y su temperatura, que viene determinado por la ley de Wien).

Así pues, tenemos los tipos espectrales O, B, A, F, G, K y M. De más azul, caliente, masivo y luminoso, a menos. Dentro de cada tipo espectral contemplamos distintos niveles, ya que por desgracia el universo no funciona de forma discreta (tomando valores enteros y diferenciados entre sí), hay matices. Hay estrellas que están a medio camino entre O y B, por ejemplo. Esto sería una estrella O5, ya que se contempla una escala del 0 al 9 según si la estrella tiende hacia “arriba” o hacia “abajo” en la clasificación. Una estrella A5, por ejemplo, estaría a medio camino entre A0 y F0.

Además, en función del tamaño este afecta a la luminosidad de la estrella también. Por eso, se estableció un complemento para clasificarlas, que se añade después del tipo espectral. De mayor a menor:

  • 0 Hipergigantes
  • Ia Supergigantes luminosas
  • Ib Supergigantes menos luminosas
  • II Gigantes luminosas
  • III Gigantes
  • IV Subgigantes
  • V Secuencia principal (enanas)
  • VI Subenanas

Así pues, para acabar, y qué mejor ejemplo que usar nuestro propio sol (una estrella de la secuencia principal) como ejemplo para acabar de entender como se clasifica una estrella. Nuestro sol es, una estrella tipo G2 V. Se encuentra, como se ve, en la secuencia principal que es la fase que atraviesan la enorme mayoría de estrellas (una fase estable).

Adjunto una imagen del diagrama HR y las clases espectrales, y doy por finalizada esta primera parte de la introducción a las estrellas/astrofísica estelar.

 

Diagrama H-R. Se aprecia la línea de la secuencia principal, así como a más temperatura (más a la izquierda) mayor luminosidad (más arriba), y como varía el color. En la parte inferior se aprecian los tipos espectrales.

Saludos y hasta la próxima

Kapteyn